Los perros robot dan un paseo por el lado cableado – Horizon Magazine Blog
junio 2, 2022Los primeros acordes de la canción de Motown de la década de 1960 Do You Love Me, de Contours, suenan en los parlantes cuando los robots comienzan a bailar. Varios modelos, incluida una versión humanoide bípeda y un artilugio parecido a un perro de cuatro patas, se ven bailando entre sí. Se arrastran, hacen piruetas y se balancean.
Lanzado por la compañía estadounidense de robótica Boston Dynamics, el video viral de robots con piernas bailando causó revuelo a fines de 2020. Las reacciones iban desde personas que sugerían que se hizo con CGI hasta temor de que los robots se apoderaran del mundo. Sin embargo, a pesar de toda la ingeniería impresionante, el video también mostró las limitaciones que enfrentan los robots con patas. Mientras que para los humanos bailar es bastante fácil, para los robots es increíblemente difícil, y el video de tres minutos significaba que cada movimiento de los robots tenía que ser escrito manualmente en detalle.
«Hoy en día, los robots siguen siendo relativamente estúpidos», dijo Marco Hutter, profesor de ETH Zurich y experto en robótica. “Muchos de los videos de Boston Dynamics son movimientos hechos a mano para entornos específicos. Necesitan supervisión humana. En términos de autonomía real y razonamiento, aún estamos lejos de los humanos, los animales o lo que esperamos de la ciencia ficción.’
Sin embargo, este tipo de robots podrían ser muy útiles para la humanidad. Podrían ayudarnos cuando ocurran desastres, podrían mejorar las operaciones industriales y la logística e incluso podrían ayudarnos a explorar el espacio exterior. Pero para que eso suceda, necesitamos hacer que los robots con patas sean mejores en tareas básicas como caminar y enseñarles cómo hacerlo sin supervisión.
Aprendizaje virtual
El proyecto LeMo del ERC es una de las investigaciones lanzadas por investigadores europeos para hacer que los robots se muevan de forma más autónoma. Su premisa central es que la locomoción con patas no es lo que podría ser y que las técnicas de aprendizaje automático podrían mejorarla. LeMo se centra específicamente en el llamado aprendizaje por refuerzo.
«El aprendizaje por refuerzo utiliza una simulación para generar datos masivos para entrenar una política de control de redes neuronales», explicó Hutter, quien también es el líder del proyecto de LeMo. “Cuanto mejor camina el robot en la simulación, mayor recompensa obtiene. Si el robot se cae o resbala, es castigado.’
El robot que utilizan en el proyecto es un robot de cuatro patas con forma de perro de 50 kilogramos. Encima hay varios sensores y cámaras que le permiten detectar su entorno. Esta parte se ha vuelto bastante estándar para los robots con patas, pero el avance que produce LeMo radica en el software. En lugar de utilizar un enfoque basado en modelos, donde los investigadores programan reglas en el sistema, como ‘cuando hay una roca en el suelo, levanta los pies más alto’, ‘entrenan’ un sistema de IA en una simulación.
Aquí, el sistema del robot camina una y otra vez a través de una simulación de terreno virtual y cada vez que se desempeña bien recibe una recompensa. Cada vez que falla recibe un castigo. Al repetir este proceso millones de veces, el robot aprende a caminar a través de prueba y error.
Los robots con habilidades locomotoras mejoradas pueden ayudar en las operaciones de búsqueda y rescate y en la exploración espacial. © ETH Zúrich
«LeMo es una de las primeras veces que se utiliza el aprendizaje por refuerzo en robots con patas», dijo Hutter. “Debido a esto, el robot ahora puede caminar por terrenos desafiantes, como terrenos resbaladizos y escalones inclinados. Prácticamente nunca más nos caemos’.
Usando esta tecnología, el equipo de ETH Zurich ganó recientemente un concurso de $ 2 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) en el que los equipos fueron desafiados a desplegar una flota de robots para explorar áreas subterráneas desafiantes por sí mismos.
«Los robots con patas ya se utilizan para inspecciones industriales y otras tareas de observación», dijo Hutter. “Pero también hay aplicaciones como búsqueda y rescate e incluso exploración espacial, en las que necesitamos una mejor locomoción. Usando técnicas como el aprendizaje por refuerzo podemos lograr esto.’
Inspiración natural
Otro proyecto del ERC, llamado M-Runners, está trabajando en cómo construir robots con patas que funcionen en el espacio exterior. Hoy, cuando lanzamos robots a lugares como la Luna o Marte, generalmente son robots con ruedas. Estos necesitan aterrizar y montar en terrenos relativamente planos.
«Pero las cosas interesantes para los geólogos generalmente no se encuentran en las llanuras», dijo el profesor Alin Albu-Schäffer, de la TU Munich y el Centro Aeroespacial Alemán. «Se encuentran en lugares como cañones, donde los rovers no pueden llegar fácilmente».
Es por eso que existe un gran interés en enviar robots con patas al espacio. Pero antes de que podamos hacer eso, se necesita más investigación para hacer que funcionen mejor. M-Runner aquí se inspira en la naturaleza.
«Nuestra hipótesis es que la biología es más eficiente energéticamente», dijo Albu-Schäffer. ‘Nuestros músculos y tendones tienen algo de elasticidad. Los animales, como un caballo al galope, utilizan esta elasticidad para almacenar y liberar energía. Los robots tradicionales, por otro lado, son rígidos y no hacen eso’.
Esto significa que los robots con patas no son tan eficientes como podrían ser. Pero comprender realmente estos procesos y transferirlos a robots es todo un desafío. Requiere una comprensión profunda de la biología, pero también de las matemáticas detrás de cómo se hacen y repiten los movimientos.
El complejo sistema de las extremidades, con una gran cantidad de partes interdependientes como músculos, tendones y huesos, que trabajan juntas muy de cerca para repetir movimientos como caminar o correr. «Modelar esto matemáticamente es una cuestión sin resolver científicamente», dijo Albu-Schäffer.
Que es lo que el proyecto M-Runner está tratando de resolver y transferir a los robots, una búsqueda que es fuertemente interdisciplinaria. ‘Trabajamos en biomecánica y sistemas biológicos’, dijo Albu-Schäffer. ‘Pero también neurociencia, matemáticas y física. A su vez, construimos herramientas que aplican esto a los robots reales.’
Hasta ahora, el proyecto ya ha construido un prototipo de robot, una variante del tamaño de un perro, en el que los investigadores están probando diferentes tipos de marchas y formas de andar. El objetivo final es aplicar esta investigación teórica a un papel como la exploración espacial. «También pensamos en la baja gravedad en las simulaciones», dice Albu-Schäffer. Este robot puede hacer saltos más espectaculares y avanzar más lejos.
Más allá de esta investigación, los robots con patas ya se están integrando en nuestra economía y sociedad actual. «Estas máquinas ya están en uso», dijo Hutter. ‘Todavía no es un artículo para el hogar. Pero en contextos industriales se está volviendo más popular, y en China se están investigando incluso los casos de uso doméstico.’
Pero su atractivo para el mercado masivo se basa en que estos robots sean mejores para caminar y actuar en el mundo real. Es por eso que se necesita más investigación. «Los robots con piernas no se tratan solo de Boston Dynamics», dijo Albu-Schäffer. «En Europa también se están realizando investigaciones de vanguardia y estamos viendo avances reales en la tecnología».
