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De qué hablo cuando hablo de robots que corren

29/06/2014 02:06
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Los autómatas adquiridos por Google suponen un gran avance tecnológico en movilidad robótica.

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En el pit lane del circuito Homestead-Miami en Florida (EEUU), una pista en la quelos coches de carreras a veces van a más de 300 kilómetros por hora, hay un pequeño grupo de público observando algo considerablemente más lento, pero mucho más impresionante. Es una soleada mañana de sábado justo antes de Navidad y unrobot que se parece, a grandes rasgos, a una persona contempla una puerta montada sobre el asfalto. Analiza la puerta usando un escáner láser y un par de cámaras que tiene en la cabeza;después de una prolongada pausa, el robot extiende un reluciente brazo de aluminio, abre la puerta y la atraviesa con parsimonia.

El robot, que se llama Atlas y lo fabrica la empresa Boston Dynamics, compite en el Concurso de Robótica de DARPA, organizado por DARPA, la Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación de Defensa de Estados Unidos. A lo largo del fin de semana robots de distintos tamaños y diseños, todos controlados a distancia, se enfrentan a retos pensados para probar los límites de la percepción, manipulación y agilidad artificiales. Cada tarea está inspirada en trabajos que podrían servir para contener una fuga en una planta nuclear. Los trabajos son aparentemente sencillos, pero no para los robots. En una de las tareas propuestas, las máquinas tienen que atravesar una pila de escombros; en otra, tienen que subir una escalera de mano.

Muchos de los robots presentes tienen problemas para completar las tareas sin fallar, bloquearse o caerse. De todos los retos a los que se enfrentan, uno de los más difíciles y el que es potencialmente más difícil de controlar es limitarse a caminar sobre un terreno irregular, inestable o simplemente lleno de cosas. Sin embargo, los robots Atlas (varios grupos académicos han presentado distintas versiones de la máquina de Boston Dynamics) atraviesan este tipo de terrenos con una confianza impresionante.

Un par de veces al día el público asiste a demostraciones con otros robots con extremidades fabricados por Boston Dynamics. En una de ellas, una máquina de cuatro patas del tamaño de un caballo trota por la pista portando varios paquetes grandes; cambia la distribución de peso astutamente para seguir de pie cuando la fuerte patada que le da su operador le hace perder el equilibrio momentáneamente. En otra de las demostraciones, una máquina de cuatro patas más pequeña y ágil arranca un ruidoso motor diésel y corre a lo loco por la pista de carreras, como un gran gato, llegando rápidamente a casi 30 kilómetros por hora.

El público, compuesto en su mayoría por investigadores en robótica de todo el mundo y algunos curiosos, se sorprende y aplaude. Pero la tecnología para caminar y correr que emplean estas máquinas desarrolladas por Boston Dynamics es mucho más que un truco deslumbrante. Si se puede mejorar, estos robots y otros como ellos podrían salir andando de los laboratorios de investigación y poblar el mundo de máquinas móviles inteligentes. Esto explica por qué, pocos días antes de que se celebrara el Desafío de DARPA, Google adquiriese Boston Dynamics.

Aprendiendo a saltar
Unos meses antes del concurso de DARPA visité Boston Dynamics, que ocupa un edificio corriente al borde de un tranquilo polígono industrial en Waltham, Massachusetts, a 20 minutos en coche de Boston (EEUU). En la entrada, robots de cuatro patas de distintos tamaños y formas parecen montar guardia.Dentro del gran taller que hay en las instalaciones decenas de ingenieros se dedican a trabajar sobre todo tipo de bestias mecánicas. En una esquina, una pequeña máquina de cuatro patas con un largo cuello y una garra en vez de cabeza usaba su apéndice para lanzar bloques de hormigón al otro extremo de la sala.

Todas estas máquinas tienen su origen en el innovador trabajo del fundador y director tecnológico de Boston Dynamics, Marc Raibert. En la pared del despacho de Raibert, junto a un gran póster en el que se ve a Atlas con gran detalle técnico, hay potro póster más pequeño que identifica distintos dinosaurios. Raibert recuerda que la locomoción animal empezó a interesarle mientras estudiaba un doctorado en el Departamento del Cerebro y las Ciencias del Conocimiento en el Instituto Tecnológico de Massachusetts a finales de la década de 1970, cuando dos prominentes fisiólogos dieron una charla sobre sus investigaciones sobre la locomoción de los gatos. Fascinado por el hecho de que un cerebro pueda producir tal agilidad sin esfuerzo, Raibert había ideado un plan para empezar a construir máquinas que explorasen este fenómeno cuando consiguió un trabajo como profesor adjunto en la Universidad Carnegie Mellon (EEUU) en 1980.

Otros académicos ya habían creado máquinas que andaban. Algunas tenían muchas piernas, para asegurarse de que al levantar una para dar un paso al frente no perderían el equilibrio. Otras se movían con sumo cuidado para mantener un equilibrio precario. Las máquinas eran torpes, lentas y en conjunto una pobre imitación de la mayoría de las formas de locomoción biológica. En muchos casos el más leve desliz o empujón hacía que se cayeran.

Demostrando tener una visión sorprendente, Raibert decidió que no diseñaría su primer robot andante para evitar la inestabilidad que puede producir el movimiento, sino para aprovecharla. En vez de seis patas o cuatro, le dio solamente una.

El robot tendría que saltar sobre su única pata, analizando su propio movimiento y orientación en cada salto, para adaptar rápidamente la posición de su pierna y su cuerpo, así como la cantidad de energía que consumiría su pierna con el siguiente salto. Los cálculos eran sorprendentemente sencillos.

Asombrosamente, el robot funcionó a la perfección, pegando botes como un muelle poseído. Aunque la primera versión tenía movimiento limitado, la siguiente podía saltar libremente por el laboratorio. "Aún me acuerdo, creo que fue un día de agosto de 1983", recuerda Raibert. "Estábamos todos con una sonrisa de oreja a oreja. Empujábamos a la máquina y atravesaba la sala hasta llegar a otro, que la devolvía de un empujón".

Raibert sabía que un animal que salta se desequilibra en cada salto y debe estar adaptándose constantemente, usando la gravedad para desplazarse. El robot saltarín rudimentario resolvía esos mismos problemas y abrió el camino para construir máquinas más ágiles. "A mí me parecía que la dinámica del movimiento biológico, en el que hay mucha energía y movimiento, en el que hay constantes desequilibrios, eran las auténticas características que había que lograr", rememora.

Inspirado por el éxito de este enfoque, Raibert y sus alumnos empezaron a construir otras máquinas con patas usando lo que los creadores de robots denominan equilibrio dinámico, la capacidad de usar el movimiento para mantener el equilibrio. La siguiente versión trotaba sobre dos patas delanteras y dos traseras. Otros robots tenían articulaciones, actuadores y software de control mucho más sofisticado.

En 1986, el "Laboratorio de Piernas" de Raibert se trasladó de la Universidad Carnegie Mellon al Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde desarrolló otros robots capaces de caminar, botar, saltar y correr en formas que a veces resultaban curiosamente reconocibles. Las máquinas se bautizaban con nombres inspirados en sus equivalentes biológicos. Spring Flamingo y Spring Turkey (Flamenco Muelle y Pavo Muelle, respectivamente), se paseaban por el laboratorio como pájaros gigantes, mientras que el Uniroo pegaba saltos usando la cola para equilibrarse, como un canguro de una sola pata.

Raibert fundó Boston Dynamics en 1995, en un principio para vender software de simulación desarrollado en su laboratorio. Pero la empresa también ejercía de consultora en proyectos comerciales de robótica, entre ellos el desarrollo de los juguetes robóticos AIBO y QRIO, fabricados por Sony en 1999 y 2003 respectivamente. Y un contrato firmado con DARPA en 2003 llevó a Boston Dynamics a fabricar sus propias máquinas con extremidades.