El ROBOT de dos patas que IMITA el equilibrio humano

Rescatar a las victimas de un edificio que está en llamas o cualquier desastre que sea inaccesible para los humanos, algún día podría ser una misión para robots resistentes y adaptables.


Los ingenieros han estado avanzando en el diseño de robots de cuatro patas y su capacidad para poder correr, saltar e incluso hacer volteretas. Pero conseguir esto en robots humanoides de dos patas ha sido un obstáculo importante.

Los ingenieros del MIT y de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han conseguido desarrollar un método que permite controlar el equilibrio de un robot teleoperado de dos patas. Esto ha sido un paso esencial para que los robots humanoides puedan realizar tareas en entornos desafiantes.

El robot del equipo, que se asemeja físicamente a un torso mecanizado y de dos piernas, es controlado de forma remota por un operador humano que usa un chaleco que puede transmitir información sobre el movimiento humano y las fuerzas de reacción del suelo al robot.

A través de este chaleco, el operador humano es capaz de dirigir la locomoción el robot y sentir los movimientos del robot. Si por ejemplo el robot está empezando a volcarse, el humano sentirá un tirón en el chaleco y de esta manera por ajustarse de una manera para poder reequilibrar al robot.

“Es como correr con una mochila pesada: puedes sentir cómo se mueve la dinámica de la mochila a tu alrededor y puedes compensarlo adecuadamente”, dice Joao Ramos, quien desarrolló el enfoque como un postdoc MIT.

“Ahora, si quieres abrir una puerta pesada, el humano puede ordenarle al robot que arroje su cuerpo a la puerta y la abra, sin perder el equilibrio”.

Ramos —Profesor asistente de la Universidad de Illinois— ha detallado este estudio en la revista Science Robotics. El coautor de este estudio es Sangbae Kim, Profesor de ingeniería mecánica en el MIT.


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Mucho más que movimiento

Anteriormente, Kim y Ramos construyeron el robot de dos patas llamado HERMES y desarrollaron métodos que permitían imitar los movimientos de un operador a través de la teleoperación que, según ellos, tiene ciertas ventajas humanísticas.

“Debido a que tiene una persona que puede aprender y adaptarse sobre la marcha, un robot puede realizar movimientos que nunca antes se habían practicado [por teleoperación]”, dice Ramos.

HERMES consiguió verter café en una taza, empuñar un hacha para cortar madera y manipular un extintor para apagar el fuego.

El equilibrio, en estos, era mucho más sencillo de mantener, aunque, si se requiriera que el robot tomara alguna medida, probablemente habría volcado al intentar imitar los movimientos del operador

“Nos dimos cuenta de que para generar altas fuerzas o mover objetos pesados, simplemente copiar movimientos no sería suficiente, porque el robot se caería fácilmente”, dice Kim. “Necesitábamos copiar el saldo dinámico del operador”.

Posteriormente crearon a Little HERMES, una versión en miniatura de Hermes. El equipo diseño el robot simplemente como un torso y dos piernas, creado específicamente para probar tareas de locomoción y equilibrio. Little HERMES fue diseñado para la teleoperación, con un operador vestido con un chaleco para controlar las acciones del robot.

Ramos se dio cuenta de que el equilibrio podía reducirse a dos ingredientes principales; el centro de masa de una persona y su centro de presión, básicamente, un punto en el suelo donde se ejerce una fuerza equivalente a todas las fuerzas de apoyo.

Descubrió que la ubicación del centro de masa en relación con el centro de presión se relaciona directamente con el equilibrio de una persona en un momento dado, y que la posición de estos dos ingredientes podría representarse físicamente como un péndulo invertido.

HERMES, controlado por un humano

Levantamiento pesado

Para entender como se relaciona el centro de masa con el centro de presión, Ramos recopilo datos del movimiento humano, incluidas mediciones en su laboratorio, donde se balanceó hacia delante y hacia atrás y saltó sobre una placa para medir las fuerzas que ejerció sobre el suelo. Finalmente condensó todos los datos para desarrollar un modelo que pudiera representar a cada uno en relación con el otro, como un péndulo invertido.

Luego se decidió a desarrollar un segundo modelo, muy similar al modelo para el equilibrio humano, pero esta vez se ajustó a las dimensiones del robot más pequeño y ligero, y desarrolló un algoritmo de control para poder vincular y permitir la retroalimentación entre los dos modelos.

Los investigadores probaron este modelo primero en un péndulo invertido simple que construyeron en el laboratorio, en forma de una viga de aproximadamente la misma altura que Little HERMES.

Luego, el experimento fue probado con Little HERMES, y también llevaron a cabo el desarrollo de un algoritmo para que el robot traduzca automáticamente el modelo simple de equilibrio a las fuerzas que cada uno de sus pies tendría que generar, para copiar los pies del operador.

Ramos se dio cuenta de que mientras usaba el chaleco, no solo era capaz de controlar los movimientos y el equilibrio del robot, sino que también podía sentir los movimientos del robot. Cuando el robot fue golpeado con un martillo desde varias direcciones, Ramos sintió que el chaleco se sacudía en la dirección en que se movía el robot. Ramos resistió instintivamente el tirón, que el robot registro como un cambio sutil en el centro de masa en relación con el centro de presión, que a su vez imitó.

Little HERMES también imito a Ramos en otros ejercicios, como correr y saltar en el lugar, caminar en terreno irregular, todo mientras mantenía el equilibrio sin la ayuda de correas o soportes.

Little HERMES

Kim Y Ramos continuarán trabajando duro para el desarrollo de robots  humanoides de cuerpo completo y con un control de equilibrio similar, para que algún día puedan acceder a través de una zona de desastre y formar parte de las misiones de rescate.

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