Los robots no pueden superar a los animales… de momento. Un nuevo estudio explora por qué
La pregunta puede ser la versión del siglo XXI de la fábula de la tortuga y la liebre: ¿quién ganaría en una carrera a pie entre un robot y un animal?
Por Daniel Strain
El robot mCLARI, diseñado por ingenieros de CU Boulder, posa junto a una araña. Foto: Heiko Kabutz
En un nuevo artículo de perspectiva, un equipo de ingenieros de Estados Unidos y Canadá, incluido el robotista Kaushik Jayaram, de la Universidad de Colorado en Boulder, se propuso responder ese enigma. El grupo analizó datos de docenas de estudios y llegó a un rotundo "no".
En casi todos los casos, los organismos biológicos, como los guepardos, las cucarachas e incluso los humanos, parecen ser capaces de dejar atrás a sus homólogos robóticos en lo que respecta a las habilidades de caminar, trotar y correr.
Los investigadores, dirigidos por Samuel Burden, de la Universidad de Washington, y Maxwell Donelan, de la Universidad Simon Fraser, han publicado sus hallazgos en la revista Science Robotics.
Cómo construir robots más adaptables y ágiles.
"Como ingeniero, es un poco molesto"— afirma Jayaram, profesor adjunto del Departamento Paul M. Rady de Ingeniería Mecánica de la Universidad de California en Boulder. Y añade—: A lo largo de doscientos años de intensa ingeniería, hemos sido capaces de enviar naves espaciales a la Luna y a Marte, y mucho más. Pero es desconcertante que aún no tengamos robots que sean significativamente mejores que los sistemas biológicos en la locomoción en entornos naturales."
Espera que el estudio sirva de inspiración a los ingenieros para aprender a construir robots más adaptables y ágiles. Los investigadores concluyeron que la incapacidad de los robots para correr más rápido que los animales no se debe a deficiencias en una sola pieza de la maquinaria, como las baterías y los actuadores. Lo que falla es cómo hacer que esas piezas funcionen juntas con eficacia.
El robot HAMR-Jr posa junto a una cucaracha. Foro: Kaushik Jayaram
Esta búsqueda es una de las principales pasiones de Jayaram. Su laboratorio en el campus de CU Boulder es el hogar de muchos bichos espeluznantes, incluidas varias arañas lobo peludas que miden aproximadamente el tamaño de medio dólar.
"Las arañas lobo son cazadoras naturales— dice Jayaram. Y añade—: Viven debajo de las rocas y pueden correr sobre terrenos complejos a una velocidad increíble para atrapar a sus presas".
Imagina un mundo en el que los ingenieros construyan robots que funcionen imitando las habilidadades mortrices de estos extraordinarios arácnidos.
"Los animales son, en cierto sentido, la encarnación de este principio de diseño fundamental: un sistema que funciona muy bien en conjunto", comenta Jayaram.
La energía de las cucarachas.
La respuesta a la pregunta ¿quién corre mejor, los animales o los robots? es complicada, porque correr en sí mismo es muy complicado.
En investigaciones anteriores, Jayaram y sus colegas de la Universidad de Harvard diseñaron una línea de robots que intentan imitar el comportamiento de la cucaracha, a menudo denostada por la gente. El modelo HAMR-Jr del equipo cabe sobre un penique y corre a velocidades equivalentes a las de un guepardo.
Pero, según Jayaram, aunque la HAMR-Jr puede moverse hacia delante y hacia atrás, no lo hace tan bien de lado a lado ni sobre terrenos accidentados. Las humildes cucarachas, en cambio, no tienen problemas para corretear sobre superficies que van desde la porcelana hasta la tierra y la grava. También pueden trepar por paredes y colarse por grietas diminutas.
CLARI: el increíble robot que se aplasta como una cucaracha.
Para comprender por qué tal versatilidad sigue siendo un desafío para los robots, los autores del nuevo estudio dividieron estas máquinas en cinco subsistemas que incluyen potencia, estructura, actuación, detección y control. Para sorpresa del grupo, pocos de esos subsistemas parecían estar por debajo de sus equivalentes en animales.
Las baterías de iones de litio de alta calidad, por ejemplo, pueden entregar hasta 10 kilovatios de energía por cada kilogramo de peso del robot. El tejido animal, por el contrario, produce alrededor de una décima parte de esa cantidad. Mientras tanto, los músculos son incapaces de igualar el par absoluto de muchos motores.
"Pero a nivel de sistema, los robots no son tan buenos— advierte Jayaram. Y continúa—: Nos topamos con compensaciones inherentes al diseño. Si intentamos optimizar algo, como la velocidad de avance, podríamos perder algo más, como la capacidad de giro”.
Sentidos arácnidos.
Entonces ¿cómo pueden los ingenieros construir robots que, como los animales, sean algo más que la suma de sus partes?
Según Jayaram, los animales no se dividen en subsistemas separados como los robots. Tus cuádriceps, por ejemplo, impulsan tus piernas como los actuadores de HAMR-Jr mueven sus extremidades. Pero los cuádriceps también producen su propia energía descomponiendo grasas y azúcares e incorporando neuronas capaces de sentir el dolor y la presión.
El robot mCLARI se balancea sobre una hoja. Foto: Heiko Kabutz
Jayaram cree que el futuro de la robótica puede reducirse a subunidades funcionales que hagan lo mismo: en lugar de mantener las fuentes de energía separadas de sus motores y placas de circuitos, ¿por qué no integrarlas todas en una sola pieza?
En un artículo publicado en 2015, el informático Nikolaus Correll, de la Universidad de California en Boulder, que no participó en el estudio actual, propuso unos materiales robóticos teóricos de este tipo que funcionan más bien como tus cuádriceps.
Los ingenieros todavía están muy lejos de lograr ese objetivo. Algunos, como Jayaram, están dando pasos en esta dirección, como a través del robot insecto robótico articulado con patas compatibles (CLARI) de su laboratorio, un robot de múltiples patas que se mueve un poco como una araña.
Jayaram explicó que CLARI se basa en un diseño modular, en el que cada una de sus patas actúa como un robot autónomo con su propio motor, sensores y circuitos de control. La versión nueva y mejorada del equipo llamada mCLARI puede moverse en todas direcciones en espacios reducidos, una novedad en robots de cuatro patas.
Es una cosa más que ingenieros como Jayaram pueden aprender de esos cazadores perfectos, las arañas lobo. "La naturaleza es una maestra realmente útil", concluye Jayaram.
Información facilitada por la Universidad de Colorado en Boulder -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Samuel A. Burden et al. Why animals can outrun robots. Science Robotics (2024). DOI: 10.1126/scirobotics.adi9754
