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Conoce a la tortuga cibernética, la predecesora de Roomba

Usando solo una fotocélula, un sensor táctil y dos lámparas electrónicas, la tortuga robot imitó los movimientos de animales reales



El neurofisiólogo Gray Walter armó esta tortuga cibernética para explicar las funciones cerebrales. En el

árbol genealógico de los robots, los ancestros de Roomba fueron probablemente Elmer y Elsie, un par de tortugas cibernéticas inventadas en 1940 por el neurofisiólogo Gray Walter . Los robots podían "ver" gracias a una fotocélula giratoria que los dirigía a una fuente de luz. Si la luz se hizo demasiado brillante, se retiraron y comenzaron a explorar el entorno en una dirección diferente. Al chocar con un obstáculo, el sensor táctil hizo que las tortugas retrocedieran y cambiaran de dirección. Por lo tanto, Elmer y Elsie exploraron sus alrededores.

Walter fue uno de los primeros investigadores en electroencefalografía (EEG), una técnica para leer la actividad eléctrica del cerebro utilizando electrodos conectados al cuero cabelludo. Entre sus avances clínicos notables se encuentra el primer diagnóstico de un tumor cerebral realizado por EEG. En 1939, se unió al recién fundado Instituto Neurológico. Burden en Bristol, Inglaterra, como jefe del Departamento de Fisiología, y trabajó allí hasta el final de su carrera.

El movimiento cibernético Norbert Wiener genera un zoológico completo de criaturas cibernéticas


A fines de la década de 1940, Walter cayó en una comunidad en expansión de científicos interesados ​​en la cibernética. El fundador de este campo, Norbert Wiener definió la cibernética como "el estudio científico del control y la interacción en sistemas como animales o máquinas". En la primera ola de cibernética, las personas buscaron ensamblar máquinas que simularan el comportamiento animal. Claude Shannon fue jugado con un ratón robot llamado Teseo, capaz de atravesar laberintos. William Ross Ashby creó el Homeostat , un dispositivo que se adapta a las señales entrantes para permanecer en un estado estable.

La contribución de Walter a este zoológico cibernético fue una tortuga electromecánica, en la que comenzó a trabajar en la primavera de 1948 en su tiempo libre. Las primeras muestras fueron poco elegantes. En 1951, U.J. Warren, apodado The Bunny, un ingeniero eléctrico del Instituto de Carga, reunió seis mejores tortugas para Walter. Dos de ellos se convirtieron en Elmer y Elsie: Gray compuso estos nombres a partir de acrónimos torpes: ELectro Robots mecánicos, sensibles a la luz, con estabilidad interna y externa [robots electromecánicos sensibles a la luz con estabilidad externa e interna].


Foto de timelapse de 1950: Walter fuma mientras una de sus tortugas cibernéticas camina por la sala de estar

Walter consideró a Elmer y Elsie Adam y Eve una nueva especie, Machina speculatrix [mecanismo de aprendizaje]. La designación científica reflejaba la naturaleza de estudio o investigación de los robots. Las criaturas tenían una funda protectora suave y un cuello alargado, por lo que Walter las llevó a la familia Linnean Testudo, es decir, a las tortugas. Ampliando el esquema de nombres, nombró al ratón Shannon, pasando a través de los laberintos, la laberinto de Machina y el homeóstata de Ashby: Homestat Machina sopora (mecanismo de sueño).

¿Las tortugas cibernéticas de Gray Walter han demostrado libre albedrío?


Cada tortuga se movía sobre tres ruedas por medio de dos motores, uno de los cuales era responsable del movimiento y el segundo de la dirección. El cerebro consistía en dos tubos de electrones, que, según Walter, eran el equivalente de dos neuronas en funcionamiento.

A pesar del equipo limitado, según sus declaraciones, las tortugas mostraron libre albedrío. En una edición de mayo de 1950 de Scientific American, describió cómo una fotocélula al final del cuello de una tortuga escanea el medio ambiente en busca de una fuente de luz. La fotocélula estaba conectada al mecanismo de dirección, y durante la búsqueda la tortuga se movió en círculos. Walter comparó esto con el ritmo alfa de los impulsos eléctricos del cerebro, pasando a través de las regiones visuales del cerebro y al mismo tiempo emitiendo señales a los músculos que los hacen moverse.

En el cuarto oscuro, la tortuga vagaba sin rumbo. Al encontrar la luz, se trasladó directamente a su fuente. Pero cuando excedía cierto brillo, ella se retiraba. Con dos fuentes, ella se movía aquí y allá entre ellas. "Como una polilla que busca una llama", escribió Walter sobre una tortuga que cambia su comportamiento entre buscar y retirarse de la luz.

La tortuga tenía su propia luz de navegación, que se encendía cuando buscaba una fuente de luz. Inicialmente, solo era necesario decirles a los observadores qué equipo está procesando el robot, pero tuvo consecuencias inesperadas. Si Elmer se notaba en el espejo, comenzaría a acercarse a la imagen hasta que la luz se volviera demasiado brillante, y luego se retiraría. En un libro de 1953, The Living Brain, Walter lo comparó con un "narciso torpe".

Si Elmer y Elsie estaban en la misma habitación y se veían la luz, comenzaron a moverse hacia la fuente y se acercaron, luego se volvieron hacia un lado cuando se acercaron demasiado. Walter, quien describió fácilmente el comportamiento de las máquinas en términos biológicos, lo llamó un baile nupcial en el que los amantes infelices nunca pueden "realizar sus" deseos ".



El caparazón de la tortuga era necesario no solo para proteger su interior electromecánico. Si el robot chocó con un obstáculo, el sensor de presión lo obligó a activar la marcha atrás y cambiar de dirección. Así, el robot podría estudiar su entorno, siendo, de hecho, ciego.

M. speculatrix funcionaba con una batería para un audífono y una batería de 6 V. Terminando sus aventuras debido a una batería caída, se fue a su hoyo. Allí podría conectarse a los contactos, apagar los motores y recargar.

Elmer y Elsie salpicaron en el festival británico de 1951


En el verano de 1951, Elmer y Elsie se presentaron diariamente en la feria de ciencias del festival británico de 1951. El festival se llevó a cabo en varios lugares en todo el Reino Unido y atrajo a millones de visitantes. Las tortugas han ganado una inmensa popularidad. Los visitantes observaron sus curiosas acciones mientras se movían alrededor de su corral, acercándose y alejándose de las fuentes de luz, evitando obstáculos en su camino. Se mostró una tercera tortuga con un caparazón transparente en una vitrina para mostrar su estructura interna y publicitar los componentes.

Mientras M. speculatrix sorprendió al público, Walter estudió la próxima generación de esta especie. Elmer y Elsie demostraron con éxito un comportamiento impredecible que podría compararse con la respuesta más simple de los animales a los estímulos, pero no fueron entrenados en experiencia. No tenían memoria, no podían adaptarse al medio ambiente.

Walter llamó a M. docilis su próxima tortuga experimental, que significa "entrenado" en latín, y trató de crear un robot que pudiera imitar los reflejos condicionados de los animales según Pavlov. El psicólogo ruso usó perros, comida y sonidos; Walter usó tortugas cibernéticas, una luz y un silbato. Entrenó a sus tortugas M. docilis para percibir el sonido de un silbato de la misma manera que la luz, y la tortuga comenzó a moverse al sonido incluso en ausencia de luz.

Walter publicó sus hallazgos sobre M. docilis en otro artículo para Scientific American, Learning Machine . El segundo artículo tenía muchas cosas interesantes para los ingenieros eléctricos, en particular, diagramas de circuitos y una discusión técnica de los problemas que surgen al crear robots, por ejemplo, la amplificación del sonido del silbato, necesaria debido al ruido de los motores.


Una de las tortugas regresa al hoyo para recargar las baterías.

El cerebro de M. docilis fue el esquema CORA (COnditioned Reflex Analog, "un análogo de reflejos condicionados"), que reconoció la llegada repetida de señales simultáneas en diferentes canales, por ejemplo, la luz y el sonido reconocidos simultáneamente. Habiendo arreglado un cierto número de repeticiones, de 10 a 20 piezas, CORA hizo conexiones con el comportamiento resultante, que Walter describió como un reflejo condicionado. CORA podría aprender el comportamiento y olvidarse de él. Si el operador se burló de la tortuga sin encender la luz al mismo tiempo que el sonido, CORA eliminó la conexión establecida entre los eventos.

Al final del artículo, Walter admitió que, aunque sería realista realizar futuros experimentos con una gran cantidad de circuitos y señales de entrada, el costo de la complicación sería una disminución de la estabilidad. Como resultado, los científicos se dieron cuenta de que simular el comportamiento y comprender las reacciones a varios estímulos es una tarea demasiado complicada.

Después de la creación de CORA, Walter dejó de experimentar con tortugas robóticas y nadie comenzó a continuar su investigación. Como señaló el historiador Andrew Pickering en su libro de 2009, Cybernetic Brain, "CORA sigue siendo un recurso inexplorado en la historia de la cibernética".

El legado de Walter está vivo en sus tortugas. Ruben Hogget ha reunido una valiosa colección de información de archivo sobre las tortugas de Walter, que se puede encontrar en el sitio web de Cybernetics Zoo ."Se subastaron tres tortugas del festival británico, y su nuevo propietario, Wes Clutterbuck, les dio los nombres de Slo, Mo y Shan. Luego, dos tortugas fueron destruidas por el fuego, pero la que tenía un caparazón transparente, la familia Clutterback donó a la Institución Smithsonian. El segundo de sobreviviendo hasta el día de hoy, las tortugas de las primeras seis, creadas por la "Liebre" de Warren, se almacenan en el Museo de Ciencia de Londres y ahora se exhiben en la galería "Creación del mundo moderno".

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