En nuestra sociedad globalizada, la capacidad de procesar información se ha convertido en uno de los principales ejes de desarrollo y crecimiento económico, al punto de ser considerada como uno de los activos más importantes en países con alto desarrollo. En poco tiempo, los conceptos de la arquitectura de los sistemas de la información han evolucionado de la poderosa unidad central de proceso con terminales de acceso —muy común durante la pasada década— al nuevo concepto del procesamiento de información de forma distribuida a través de una red.
Se trata de la interconexión de microprocesadores que trabajan coordinados para la solución de una misma tarea. Ha sido demostrado que la inclusión de más de una entidad de proceso es capaz de incrementar la velocidad en la obtención de un cálculo, aún cuando cada uno de los procesadores participantes sea lento. Esto puede entenderse de forma intuitiva a partir del concepto de trabajo en equipo bien coordinado, en comparación con la actividad de un solo miembro para resolver una tarea específica. Además, el incremento en las velocidades en los microcontroladores actuales representaba un notable incremento en pérdida de energía por las emisiones de calor, sin un aporte considerable en el rendimiento real de proceso de datos.
En el caso específico de la robótica, el desarrollo de nuevos sistemas requiere de una alta capacidad de proceso de información, en virtud de que nuevas aplicaciones, como el diseño y operación de humanoides o el diseño de automóviles inteligentes, requieren la fusión de información proveniente de distintos sensores y actuadores. Asimismo, cada vez se requiere mayor velocidad en la solución de cálculos para la toma de decisiones para tareas como navegación inteligente o identificación del entorno del robot.
En esta tendencia, la visión artificial es sin duda uno de los sensores más importantes en los sistemas robóticos de nueva generación, quizás por la atractiva idea de proveer a un elemento mecatrónico con la capacidad de interactuar con el entorno, tal y como lo hacemos diariamente los humanos.
Se han obtenido notables mejoras al procesar los cálculos requeridos por las unidades de visión artificial utilizando arquitecturas de proceso multi-núcleo. Existen numerosas aplicaciones exitosas que hacen uso del proceso distribuido, en específico para la detección de tráfico, identificación y navegación de robots, entre otras.
Las opciones de mercado actual incluyen la nueva familia de procesadores INTEL© Multicore, con versiones de dos, cuatro y próximamente ocho procesadores, mientras que en el área de investigación en visión robótica, existen distintos prototipos que hacen uso extensivo del proceso con múltiples núcleos.
En un reciente acuerdo de colaboración y transferencia tecnológica, entre nuestra Universidad y la Universidad de Manchester en Inglaterra, se ha acordado realizar las primeras pruebas de un procesador visual multi-núcleo, denominado SCAMP-3. Dicho procesador es capaz de analizar de forma ágil más de 200 cuadros por segundo, que puede apreciarse mejor considerando que una cámara de uso comercial normalmente maneja 30 cuadros por segundo.
La alta velocidad de proceso de información en SCAMP-3 se deriva del uso extensivo del cálculo multi-núcleo que se lleva a cabo en su interior. Su diseño incluye 16 mil procesadores conectados directamente a cada sensor visual, también conocidos como pixeles. Su arquitectura se basa en el concepto de redes neuronales cerebrales, donde cada uno de los sensores visuales se conecta a un procesador y comparte información con los procesadores a cargo de los pixeles vecinos. De esta forma, al analizar una imagen, cada punto en la misma se analiza por separado, incluyendo su relación con otros puntos en la cercanía, lo que permite establecer de forma muy rápida relaciones entre los distintos componentes de la imagen.
Con este acuerdo, nuestra Universidad será apenas la segunda a nivel mundial en trabajar con este dispositivo, sólo después de una universidad italiana. La colaboración incluye el préstamo por 120 días de uno de los prototipos SCAMP-3 para ser utilizado en el laboratorio de robótica y sistemas inteligentes del CUCEI. Este dispositivo permitirá superar algunas limitantes en los prototipos experimentales usados para pruebas de navegación inteligente de robots bípedos y robots móviles que actualmente operan en el CUCEI.
La agenda de experimentos incluye el trabajo conjunto de cuatro estudiantes de la maestría en ciencias de la ingeniería electrónica y computación, y dos estudiantes de ingeniería en computación. Dentro del acuerdo de colaboración se considera también a los estudiantes de nuestro programa de maestría como potenciales candidatos a continuar con el programa de doctorado, dentro del laboratorio de microelectrónica en la Universidad de Manchester, creador del chip SCAMP-3.
Se espera que a través del uso del SCAMP-3 en nuestras plataformas robóticas, puedan definirse nuevos puntos frontera de investigación, que permitan generar mejores procedimientos de caminado y balance de robots humanoides, así como nuevos métodos de navegación para robots móviles y de operación para los manipuladores robóticos basados en visión computacional.
*Grupo de Investigación en Robótica y Sistemas Inteligentes, CUCEI.
