Reportaje - Tecnologías útiles para robots diestros
Según afirmó Bill Gates, pronto habrá un robot en cada casa, y al parecer no le faltaba razón y el amanecer de la robótica está a la vuelta de la esquina, pues no deja de surgir información sobre sistemas inteligentes y cognitivos. La cámara y los sensores de infrarrojos de las nuevas consolas de videojuegos permiten otear un futuro en el que será posible controlar dispositivos con la voz o mediante gestos de la mano. Ya existen incluso aspiradoras que recorren la casa y la dejan limpia mientras su dueño está en el trabajo. Pero un problema importante y de complicada solución con el que brega la comunidad dedicada a la robótica es el de la manipulación de objetos. «No estamos ablando de pinzas», aclaró el profesor Bruno Siciliano de la Universidad de Nápoles (Università degli Studi di Napoli Federico II, Italia). «Los robots industriales son muy efectivos levantando objetos y volviéndolos a dejar en otro sitio. Pero para que lleguen a transformar la vida diaria y la colaboración junto a los humanos habrán de ser capaces de mover objetos tal y como lo hacen los humanos con sus manos. Esta manipulación es una tarea complicada que los robots tienen que aprender.» El profesor Siciliano, coordinador del proyecto Dexmart (1) ha coordinado la colaboración de un equipo de investigadores sobre robótica que ha logrado construir una mano robótica de cinco dedos antropomórfica capaz de manejar huevos, agarrar y dar la vuelta a una tarjeta de crédito o recoger un bolígrafo de la mano de otra persona. «Utilizamos la mano humana como modelo -explicó el profesor Claudio Melchiorri de la Universidad de Bolonia (Italia), donde se construyó el prototipo de la mano- pues es el paradigma perfecto de manipulación diestra.» El proyecto se propuso la construcción de una mano que se asemejara y se moviera como la humana. Hasta ahora ningún laboratorio de robótica había sido capaz de construir una mano del tamaño de la humana. «Se nos ocurrió una idea sencilla pero sumamente eficaz: utilizando cables que se hacen girar mediante pequeños motores a gran velocidad, logramos ejercer grandes fuerzas de tracción en un espacio reducido», comentó Chris May de la Universidad del Sarre (Alemania), investigador dedicado a la mecatrónica. La mano robótica es capaz de tocar diversos objetos, de agarrarlos, levantarlos y colocarlos cuidadosamente en otra posición. Esta nueva solución con actuadores se puso en práctica en la mano diseñada por Dexmart, capaz de manejar tanto un frágil huevo de pascua como una botella de cristal pesada. Los cables enrollados están compuestos de un polímero fuerte y permiten a la mano prototipo levantar treinta milímetros una carga de cinco kilos en una fracción de segundo gracias a motores eléctricos de pequeño tamaño localizados en el antebrazo en lugar de en las articulaciones, configuración ésta que permite que la mano tenga dimensiones humanas. «Cada dedo robótico, que posee tres falanges al igual que los humanos, puede controlarse con precisión mediante cada uno de los tendones», explicó Gianluca Palli, investigador del equipo de Bolonia. «La capacidad de la mano robótica es tan semejante a la de los humanos que se hace cada vez más factible contar con asistentes personales robóticos en el hogar, en el quirófano o en espacios industriales. Suponemos que la combinación de pequeños motores eléctricos que enrollan cables resulta también interesante para otras aplicaciones.» Un cerebro diestro Esta mano también cuenta con un encéfalo. «Uno de los objetivos de la robótica, en concreto la dedicada a los robots de asistencia y ayudantes, es la autonomía en el comportamiento», afirmó el profesor Siciliano. «Los robots han de responder de forma apropiada a situaciones para las que no están programados. Tienen que ser capaces de decidir sobre la marcha y también calcular el movimiento necesario para lograrlo.» La dificultad radica en dar con la mejor manera de otorgar a los robots este poder cognitivo. El profesor Siciliano opina que los robots, al igual que los humanos, han de aprender por observación. Un equipo de investigadores de la Universidad de Karlsruhe (Alemania), la Universidad de Nápoles (Italia) y la empresa tecnológica OMG (Reino Unido) emplearon tecnologías avanzadas de procesamiento de imágenes para estudiar en detalle los movimientos de la mano humana. Adhirieron marcadores visuales en un guante con distintos sensores especiales y realizaron, con la prenda puesta, distintas tareas de manipulación para grabarlas en vídeo. Los algoritmos de procesamiento de imágenes registraron los movimientos de cada marcador y utilizaron estos datos para crear reglas que dictasen la manera en la que la mano robótica debería manipular y manejar objetos similares. Contar con mecanismos de control eficientes, seguros y adaptativos es esencial para llevar a cabo una manipulación robótica compleja, pero la coordinación de los movimientos de cinco dedos y las cuatro articulaciones de cada uno es extremadamente compleja. «Si te fijas en cada articulación y en lo que el motor ha de realizar en cada una de ellas, nos encontramos con veinte grados de libertad, lo cual es demasiado complejo», explicó el profesor Siciliano. Su grupo científico de la Segunda Universidad de Nápoles se inspiró en la biología para reducir la complejidad del problema. «La investigación del control y la coordinación de la mano humana ha mostrado que no controlamos cada articulación de forma independiente, sino que nuestro encéfalo controla todas ellas al mismo tiempo de forma coordinada. Expertos en neurociencia han demostrado que las posiciones y los movimientos de la mano humana pueden simplificarse hasta alcanzar tres "sinergias posturales". Estas sinergias describen cerca del 80 % de todas las acciones y posiciones dedicadas a agarrar un objeto», afirmó Fanny Ficuciello, del equipo de Nápoles. Este equipo desarrolló un sistema de control capaz de recabar información de los sensores optoelectrónicos de la mano (encargados de medir la presión de agarre), calcular las sinergias e iniciar el movimiento de los dedos. Estas tres sinergias crean una precisión de agarre sorprendente y permite la realización de manipulaciones extremadamente refinadas. Los sensores optoelectrónicos son otra innovación importante que los investigadores de Dexmart han integrado en la mano diseñada. Fabricaron varios sensores capaces de medir los ángulos de las articulaciones, las fuerzas de los tendones y las interacciones táctiles con los objetos. En el sensor táctil tiene lugar un análisis computacional avanzado de la intensidad de la luz captada dentro de varios elementos sensibles que permite calcular las fuerzas ejercidas sobre el objeto por los dedos y si éste está desprendiéndose de la mano. Los profesores Giuseppe De Maria y Ciro Natale junto al investigador Salvatore Pirozzi de la Segunda Universidad de Nápoles, desarrolladores del sensor, han solicitado una patente europea para esta tecnología. « La efectividad de la mano de Dexmart se debe a la integración de todas estas tecnologías e ideas nuevas: los sensores, los actuadores, el control y los mecanismos de aprendizaje», afirmó el profesor Siciliano. «Nuestro prototipo de mano ha permitido demostrar sus capacidades y ya estamos recibiendo solicitudes de información y muestras de interés de equipos científicos de muchos países. A pesar de toda la tecnología novedosa empleada, el coste de una de estas manos es considerablemente menor al de cualquiera a la venta en la actualidad, que además contaría con mucha menos destreza.» El pasado diciembre, en RobotVille, se exhibió durante cuatro días una mano prototipo y dos dedos con todos los sensores que funcionaron sin errores y lograron tomar distintos objetos de la mano de los visitantes. El consorcio estudia ahora la viabilidad comercial de producir manos con funcionalidad plena destinadas, inicialmente, a las comunidades académicas dedicadas a estudios de robótica. El proyecto Dexmart recibió una financiación de 6,3 millones de euros (de un presupuesto total de 8,1 millones de euros) para investigación en virtud del tema de TIC del Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea. (1) «Manipulación robótica dual brazo/mano diestra y autónoma con destrezas sensoriomotoras inteligentes: un puente entre la cognición natural y la artificial». Enlaces útiles: - proyecto: Dexmart - ficha informativa del proyecto Dexmart en CORDIS Vídeos relacionados: - http://wwwiaim.ira.uka.de/users/jaekel/share/Dexmart_FZI_Video.mov - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/attentional-CNRS-UNINA_JAN-2012.mpg - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/BeerRobot.wmv - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/tactile_new.wmv - http://wpage.unina.it/lvillani/ftp/Dexmart/video_unibo_unina.mp4 - http://www.dexmart.eu/fileadmin/dexmart/public_website/downloads/00013-HandsUp.MTS Artículos relacionados: - Reportaje - Los retos como fuente de inspiración: la robótica y nuestro futuro