Métodos para generar trayectorias libres de colisiones en entornos multidimensionales

Collision-free path planning in multi-dimensional environments

Planear los movimientos de un robot de forma fiable sin que colisione con su entorno se ha convertido en un problema relevante en la última década. La idea central de este artículo es exponer dos de los principales métodos que permiten generar trayectorias libre de colisiones en cualquier espacio n-dimensional. La importancia de conocer estas estrategias radica en que estos mismos algoritmos se han aplicado en áreas distintas a la robótica, como diseño de medicamentos, animación computarizada e inteligencia artificial. También presentamos un referente histórico de varios métodos de generación de trayectorias y mostramos mediante simulaciones como las estrategias de los campos potenciales artificiales y de los mapas probabilísticos funcionan, siendo los más apropiados en virtud de los aspectos teóricos expresados en otros textos especializados.

Introducción

En las décadas de los ochenta y noventa la popularidad de los robots y sus múltiples usos en la industria hicieron que los investigadores y programadores se dedicaran a resolver el problema   de concebir trayectorias libres de colisiones entre los robots y su entorno (Goldman, 1990). Una de las metas de la robótica es desarrollar sistemas autónomos, y lo que para el hombre parece fácil e intuitivo, desplazarse de un sitio a otro o manipular objetos, no es una labor tan sencilla para las máquinas.

Una primera aproximación a los métodos de planificación de caminos fue realizada por Lozano-Pérez (Lozano, 1981). Una década después se dio la aparición del libro de Jean-Claude Latombe (Latombe, 1991), y desde ese entonces un buen número de publicaciones y artículos han abordado el tema de generación de trayectorias sin colisiones, pero pocos libros como el de Howie Choset (Choset, 2005), han cerrado la brecha entre los conceptos fundamentales y los recientes progresos teóricos y prácticos.

El advenimiento de mayores velocidades en el procesamiento computacional ha permitido que estos métodos de planificación de caminos hagan parte de innovadoras aplicaciones prácticas, como es el caso de la cirugía robotizada (Sim, 2001; Goo, 2005), la animación en 3D (Kuffner, 1998; Wenhu, 2007), películas con actores virtuales, el desarrollo de videojuegos (Funge, 2004), el uso de robots asistentes en museos y hospitales (Maio, 1995), en la química realizando el modelamiento de cadenas moleculares (Kirillova, 2008) y en la exploración de otros mundos empleando robots móviles (Bresina, 2005; Carsten, 2009).