CUALQUIER mal un robot desarrollado en ETH, puedo ver y oír, e incluso puertas abiertas. Un equipo de investigación internacional está trabajando ahora para garantizar que el robot pueda funcionar en condiciones extremas, una misión que los lleva al laberinto de desagües y túneles debajo de Zúrich.

Dos hombres levantan la máquina de alta tecnología de 30 kilogramos y la bajan al oscuro pozo con una cuerda. Nos ponemos monos reflectantes, Cambie nuestros zapatos por botas de goma hasta los muslos y fíjelas firmemente a nuestros conjuntos. Luego viene un casco una linterna y guantes desechables para cada uno de nosotros. Completamente equipado, comenzamos nuestro descenso, siguiendo los escalones bajando la pared del pozo uno a uno hasta llegar al sistema de alcantarillado de Zurich, cuatro metros por debajo de la superficie.

En este cálido día de otoño, un equipo de investigadores está realizando pruebas bajo tierra. Su objetivo es determinar si ANYmal, un robot desarrollado conjuntamente por Robotic Systems Lab y ANYbotics, una escisión de ETH - algún día podría implementarse en sistemas de alcantarillado. Podría ser usado por ejemplo, Ayudar a los empleados de la ciudad de Zúrich que habitualmente tienen que caminar o gatear a través de unos 100 kilómetros de pozos y desagües accesibles debajo de la ciudad y cuyo trabajo consiste en comprobar si las paredes y los suelos están dañados. Este trabajo no solo representa un riesgo para la salud, pero también es potencialmente letal, dado que los desagües pueden llenarse de agua muy rápidamente sin previo aviso. Otra ventaja de los robots en un entorno de este tipo es que podrían operar en alcantarillas estrechas a las que no se puede acceder con la tecnología que se usa en la actualidad.

Prueba de funcionamiento inicial

Los investigadores colocan el robot en posición vertical en la parte inferior del eje. Mide unos 50 cm de altura y tiene cuatro patas articuladas, así como algo parecido a una cabeza que consta de una cámara y varios sensores.

Peter Fankhauser, cofundador de la spin-off ETH que comercializa ANYmal, radios a sus colegas en la superficie, quienes son responsables de coordinar la prueba y enviar comandos al robot. Fankhauser luego juega con un joystick y el robot avanza pesadamente. Como esta es la primera prueba en terreno desconocido, toma el control parcial del robot a pesar de que es capaz de moverse de forma autónoma. "Es una medida de precaución, "dice Fankhauser, "El hecho de que algo funcione en el laboratorio no siempre significa que lo hará en el mundo real". Después de todo, las condiciones subterráneas no son a las que está acostumbrado el robot:la cámara está húmeda y resbaladiza, con temperaturas más bajas y mayor humedad que en el laboratorio. Y lo que es más, es muy, muy oscuro.

"Es difícil distinguir mucho aquí abajo, "dice Fankhauser, casi con una pizca de resignación en su voz, mientras el robot se mueve a paso lento a través del túnel de aproximadamente tres metros de alto y cinco metros de ancho. El robot emite un sonido electromecánico uniforme, una especie de zumbido rítmico, que se mezcla con el sonido del agua corriendo que emana de la alcantarilla principal cercana. Estamos en una alcantarilla de desbordamiento bastante grande con solo un hilo de agua. Dado que el robot está en su prueba inaugural a cuatro metros por debajo del nivel del suelo, los investigadores han tomado la precaución de evitar grandes volúmenes de agua.

Encontrando su camino en la oscuridad

El objetivo del proyecto de investigación de tres años titulado THING (Subterranean Haptic InvestiGator) es diseñar robots que puedan moverse por sí mismos y sean más capaces de identificar su entorno. Los robots generalmente usan cámaras 3D y sensores láser para orientarse. Pero tales dispositivos pueden funcionar mal en condiciones adversas, como cuando la superficie del suelo está mojada o el aire lleno de polvo. Es por eso que los investigadores consideran que la percepción háptica mejorada, la orientación táctil, es una posible solución. El proyecto ha reunido a investigadores de ETH con colegas de universidades de Edimburgo, Pisa, Oxford y Poznań.

Todas estas instituciones están experimentando con CUALQUIER robot, y los participantes del proyecto de los distintos lugares se reúnen periódicamente. Además de las pruebas en el sistema de alcantarillado, el próximo año, los investigadores desplegarán el robot en una mina de cobre polaca. Eso determinará si puede funcionar en un microclima completamente diferente, uno caracterizado por caliente, aire polvoriento y superficies de grava. ETH está representada en el proyecto por el Laboratorio de Sistemas Robóticos dirigido por el profesor Marco Hutter, quien ha estado investigando sobre robots con patas durante muchos años. He received support from ETH soon after embarking on this research in the form of an ESOP scholarship and a Pioneer fellowship.

One of the key questions on this first day of testing is whether the robot can find its way around at all in the darkness of the sewerage system. Inicialmente, two helpers with big LED lamps illuminate the surroundings so that we can clearly see what's going on. Luego, Fankhauser asks the helpers to turn off the lamps and radios his colleagues on the surface to tell the robot to use its own lights. The robot's sense of touch isn't the only thing that helps it find its way in the dark, as Hutter explains:"The robot uses laser sensors and cameras to scan its surroundings. By identifying irregularities in the surface of the concrete, it can determine where it is at any given moment."

All that can be seen in the darkness now are the small round LEDs in the robot's "head". The atmosphere is other-worldly:the darkness, the sound of rushing water, the electromechanical whirring, the robot's LED eyes. Then someone breaks the eerie silence momentarily with a droll comment:"Its eyes are a bit like a Rottweiler."

Underground and offshore

Researchers at ETH have been working on quadrupedal robots since 2009. The first ANYmal prototype was completed in 2015 and, one year later, ETH established the spin-off ANYbotics. The fledgling company's mission is to make robots deployable in all types of terrain so that they can be used in a wide range of practical applications. The company's slogan is "Let Robots Go Anywhere". On-site tests are carried out two or three times a month. Por ejemplo, Fankhauser and some members of his team recently headed to an offshore platform in the middle of the North Sea. The hope is that robots could one day perform inspections on such platforms. On its pilot run at least, ANYmal autonomously completed several inspection routes with flying colours.

After almost ten years of research, there's a lot ANYmal can do. It can not only walk autonomously, but also boasts the sensory capabilities of sight, hearing and touch. These enable it, por ejemplo, to read the air pressure display on a machine, identify sounds and recognise objects – for example to determine whether or not a fire extinguisher is in the right place. The robot can even perform certain manual tasks on its own. Equipped with an additional gripping arm, it can open doors, dispose of refuse or press a lift button. It also delivers data that is more precise than our own eyes, ears and noses can perceive. It can identify the ambient temperature and detect the presence of gases in the air. Its latest trick is recognising the composition of the ground beneath it. "Some of its powers are superhuman, " says Fankhauser.

Despite the lack of light in the sewer, the robot seems to be finding its way quite well, plodding through the shallow channel at a leisurely pace. When the high-tech machine reaches a 20-centimetre-high ledge in a dry side arm of the sewer, Fankhauser brings it to a halt with a flick of the joystick. Inicialmente, he is reluctant to give the robot the command to climb over the ledge. Although it has easily mastered this manoeuvre in laboratory conditions, down here it is a risky undertaking. "It's an expensive machine, " says Fankhauser. But he gives it a try anyway. ANYmal doesn't manage it at its first attempt. It stops at the ledge like a horse balking at a jump. "Default, start again, " radios Fankhauser. Now the robot elegantly places one leg after another over the ledge.

Huge data volumes

While Fankhauser and Hutter watch the robot continue on its patrol for a while, I return to the surface via the entry shaft. Sitting on a bench under a white canopy, their eyes firmly fixed on a laptop, are two assistants from ETH.

A generator is buzzing and a router is blinking – and many a cyclist passing by along the main road looks on in bemusement at the hubbub around the open manhole at the side of the road. Looking over the researchers' shoulders, I can see an almost constant stream of data flickering across the screen. And thanks to state-of-the-art 3-D and laser technologies, live images constantly transmitted by the robot from underground are visible on a separate monitor.

When Fankhauser radios from below that he wants the robot to touch the wall of the sewer with one of its legs, the two assistants have their work cut out for them. The software they are using has not been programmed for this. They respond quickly, sin embargo, taking an algorithm originally programmed to teach ANYmal to shake hands. But to make sure the robot doesn't hit the wall with force, the researchers have to adapt the parameters. En este caso, the problem is the angle at which the robot is to raise its leg. One of the assistants types in 100 and then gradually ratchets up the number. At 180 the perfect level is reached and the robot's manoeuvre is successful.

Fankhauser and Hutter emerge from the cool, humid environment of the sewerage system into the warm autumn sunshine. They slowly begin to relax as they take off their reflective overalls. "The robot was in non-stop operation and collected a lot of data, " says Fankhauser as he undoes his high rubber boots and removes his protective clothing. Professor Hutter is satisfied, too:"All the teams will be taking home a huge volume of data to incorporate in their research." They are now one step closer to their goal of delivering a robot that can function properly in challenging conditions underground. But their work is far from finished. The robot recorded 500, 000 measurements per second over the course of the day. "That's enough data to keep us busy for six months, " says Fankhauser with a laugh.