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?
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.
Los investigadores, dirigidos por Samuel Burden de la Universidad de Washington y Maxwell Donelan de la Universidad Simon Fraser, publicaron sus hallazgos la semana pasada en la revista Science Robotics. .
"Como ingeniero, es un poco perturbador", dijo Jayaram, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady de CU Boulder. "Durante 200 años de intensa ingeniería, hemos podido enviar naves espaciales a la Luna y Marte y mucho más. Pero es confuso que todavía no tengamos robots que sean significativamente mejores que los sistemas biológicos en locomoción en entornos naturales".
Espera que el estudio inspire a los ingenieros a aprender cómo construir robots más adaptables y ágiles. Los investigadores concluyeron que el fracaso de los robots a la hora de dejar atrás a los animales no se debe a deficiencias en ninguna pieza de maquinaria, como baterías o actuadores. En cambio, donde los ingenieros podrían fallar es en hacer que esas piezas funcionen juntas de manera eficiente.
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", dijo Jayaram. "Viven bajo rocas y pueden correr sobre terrenos complejos a una velocidad increíble para atrapar a sus presas".
Él imagina un mundo en el que los ingenieros construirán robots que funcionen un poco más como 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", afirmó.
Energía de cucaracha
La pregunta "¿quién puede correr mejor, los animales o los robots?" Es complicado porque ejecutarlo en sí es complicado.
En investigaciones anteriores, Jayaram y sus colegas de la Universidad de Harvard diseñaron una línea de robots que buscan imitar el comportamiento de la tan denostada cucaracha. El modelo HAMR-Jr del equipo cabe encima de un centavo y corre a velocidades equivalentes a la de un guepardo. Pero, señaló Jayaram, si bien HAMR-Jr puede moverse hacia adelante y hacia atrás, no se mueve tan bien de lado a lado ni sobre terrenos llenos de baches. Las humildes cucarachas, por el contrario, no tienen problemas para correr sobre superficies que van desde porcelana hasta tierra y grava. También pueden trepar por las paredes y colarse por pequeñas grietas.
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 potencia por cada kilogramo (2,2 libras) de peso. El tejido animal, por el contrario, produce alrededor de una décima parte. Mientras tanto, los músculos no pueden igualar el par absoluto de muchos motores.
"Pero a nivel de sistema, los robots no son tan buenos", afirmó Jayaram. "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".
Entonces, ¿cómo pueden los ingenieros construir robots que, como los animales, sean más que la simple suma de sus partes?
Los animales, señaló Jayaram, no están divididos en subsistemas separados de la misma manera que los robots. Tus cuádriceps, por ejemplo, impulsan tus piernas de la misma manera que los actuadores de HAMR-Jr mueven sus extremidades. Pero los cuádriceps también producen su propio poder al descomponer grasas y azúcares e incorporar neuronas que pueden sentir el dolor y la presión.
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 los motores y las placas de circuito, ¿por qué no integrarlas todas en una sola pieza? En un artículo de 2015, el científico informático de CU Boulder, Nikolaus Correll, que no participó en el estudio actual, propuso "materiales robóticos" teóricos que funcionan más como los 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."
Más información: Samuel A. Burden et al, Por qué los animales pueden dejar atrás a los robots, Science Robotics (2024). DOI:10.1126/scirobotics.adi9754
Información de la revista: Ciencia Robótica
Proporcionado por la Universidad de Colorado en Boulder
