Desarrollan robots caminantes
Echar a andar un robot humanoide es un gran reto. Pero dotarlo con la “capacidad” para reconocer y esquivar obstáculos o realizar movimientos compensatorios para desplazar su centro de gravedad y mantenerse en equilibrio cuando es empujado es todavía más difícil. Ante ello, científicos mexicanos desarrollaron algoritmos y sistemas electromecánicos que imitan las funciones biológicas que permiten al humano caminar de manera estable y mantenerse en pie.
Con estas herramientas, expertos del Departamento de Control Automático del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) han construido diversos prototipos de humanoides caminantes. Con ellos se busca en primera instancia contribuir a la formación de investigadores en esta área y en el futuro, fabricar otros que puedan suplir al humano en tareas peligrosas o rutinarias como el transporte de objetos o el rescate de personas atrapadas en zonas de incendio o sismos.
El equipo de investigadores adscrito al Laboratorio de Robótica y Visión Artificial es liderado por Juan Manuel Ibarra Zannatha, quien explica que el primer paso para fabricar estos autómatas es revisar aspectos como el diseño mecánico y enseguida desarrollar las ecuaciones diferenciales (formulaciones matemáticas) que regirán su movimiento.
Ambas fases se completan con apoyo en equipos de cómputo, que permiten hacer simulaciones realistas del desempeño que tendrá el robot a través de modelos geométricos, cinemáticos y dinámicos. El siguiente paso es la optimización de los modelos, es decir, con los datos integrados el sistema proporciona el tamaño óptimo para las extremidades de los robots, así como sus masas.
Una vez ensamblado el autómata debe evaluarse el control automático individual de cada articulación para lograr el movimiento deseado para todo el cuerpo, lo que requiere la operación de más de 20 motores al mismo tiempo en cada modelo. Para lograrlo los científicos deben medir la posición, aceleración y velocidad al principio y al final del ciclo de caminata, que nunca es idéntico.
“Hay que conseguir que los motores estén coordinados para que los robots realicen el movimiento adecuado y no vayan a caer al caminar. Esto requiere utilizar la información proporcionada por sensores de equilibrio, además de medir la fuerza con la cual el pie interactúa con el suelo”, precisa el académico del Cinvestav.
En el ser humano diversas estructuras anatómicas localizadas en el oído interno realizan mediciones de movimiento que luego procesa el sistema nervioso central para lograr el equilibrio durante la caminata y en todos sus movimientos.
En los humanoides se utilizan centrales inerciales (dispositivos electrónicos que miden velocidad, orientación y fuerzas gravitacionales) las cuales realizan las mismas mediciones que el oído interno, cuyas señales son empleadas por la computadora central del robot, es decir, su “cerebro” para controlar todas sus articulaciones, garantizar la estabilidad de la marcha y así evitar las caídas.
Con estas mediciones y utilizando los modelos dinámicos del robot es posible predecir o anticipar una caída y decidir acciones que la eviten, como por ejemplo el movimiento de los brazos o el tronco.
“Como se ve en este ejemplo simple, el humanoide actúa en tres etapas al igual que nuestro sistema biológico: la medición de una cierta variable física, su interpretación y uso en un dispositivo de control y finalmente la acción, que en el caso del robot es ejecutada por los motores ubicados en las piernas y brazos”, afirma el doctor en ciencias por el Instituto de Investigación en Informática y Sistemas Aleatorios del INRIA y por la Universidad de Rennes, Francia.
Desde 2088 este equipo de investigación ha venido trabajando en el desarrollo de robots humanoides, cuya aplicación principal es jugar futbol. Ha participado en los torneos RoboCup 2009, 2010 y 2012, así como en los torneos FIRA 2011 y 2012, y en los Torneos Mexicanos de Robótica del 2009 al 2014.
En el palmarés de este equipo se tiene el Primer Lugar en el Torneo FIRA 2012 (Bristol, Reino Unido) y en el IRC 2012 (Seúl, Corea). También ha ganado el Segundo Lugar en el IEEE Humabot Challenge (Madrid, España) en 2014, consistente en tres pruebas realizadas en un entorno doméstico.
De los humanoides desarrollados al 100 por ciento en el Cinvestav por el equipo del doctor Ibarra, los más recientes son AH1N2 y Johnnie. Este último es capaz de mover el tobillo para despegar la punta del pie y aterrizar con el talón, tal como hacemos los humanos al caminar.
En el Departamento de Control Automático estos robots apoyan la formación de futuros investigadores. Pero en el largo plazo la meta es fabricar otros capaces de realizar cualquier tarea rutinaria como las que hacemos los humanos: abrir puertas, levantar objetos, tomar fotos, recoger paquetes, etcétera.
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