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Los robots que corren de esta manera
En el pit lane de la autopista Homestead-Miami en Florida, dentro de una pista en la que los autos de carrera a veces viajan a más de 300 kilómetros por hora, una pequeña multitud observa algo considerablemente más lento pero posiblemente mucho más impresionante. En una soleada mañana de sábado, justo antes de Navidad, un robot que se parece más o menos a una persona grande está contemplando una puerta improvisada en la pista de aterrizaje. Examina la puerta usando un escáner láser y un par de cámaras en su cabeza; luego, después de una pausa prolongada, el robot extiende un brazo de aluminio reluciente, empuja la puerta y la atraviesa lentamente.
El robot, llamado Atlas y fabricado por Boston Dynamics, está compitiendo en el Concurso de Robótica DARPA, organizado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. Durante el fin de semana, robots de diferentes formas y diseños, todos controlados de forma remota, intentan desafíos destinados a probar los límites de la sensibilidad, la manipulación y la agilidad artificiales. Cada tarea está inspirada en el trabajo que podría ayudar a detener una fuga en una planta de energía nuclear afectada. Los trabajos son aparentemente simples, pero no para robots. En uno, las máquinas deben atravesar un montón de escombros; en otro, tienen que subir una escalera alta.
Muchos de los robots luchan por completar las tareas sin fallar, congelarse o volcarse. De todos los desafíos que enfrentan, uno de los más difíciles, y potencialmente el más importante de dominar, es simplemente caminar sobre un terreno irregular, inestable o simplemente abarrotado. Pero los robots Atlas (varios grupos académicos han introducido versiones de la máquina Boston Dynamics) caminan por ese terreno con una confianza impresionante.
Un par de veces al día, la multitud puede ver otros dos robots con patas fabricados por Boston Dynamics. En una demostración, una máquina de cuatro patas del tamaño de un caballo trota por la pista con varios bultos grandes; hábilmente mueve los pies para mantenerse erguido cuando se desequilibra momentáneamente por una fuerte patada de su operador. En otro, una máquina de cuatro patas más pequeña y ágil acelera un motor diesel ruidoso, luego salta como un loco a lo largo de la pista de carreras como un gato grande, alcanzando rápidamente casi 20 millas por hora.
La multitud, llena de investigadores en robótica de todo el mundo y miembros curiosos del público, jadea y aplaude. Pero la tecnología para caminar y correr que se encuentra en las máquinas desarrolladas por Boston Dynamics es más que deslumbrante. Si se puede mejorar, entonces estos robots, y otros similares, podrían salir de los laboratorios de investigación y poblar el mundo con máquinas móviles inteligentes. Eso ayuda a explicar por qué unos días antes del DARPA Challenge, Boston Dynamics fue adquirido por Google.
Parte 1
Aprendiendo a saltar
Unos meses antes del concurso DARPA, visité Boston Dynamics, que ocupa un edificio de aspecto ordinario en el borde de un tranquilo parque industrial en Waltham, Massachusetts, a 20 minutos en automóvil de Boston. En la entrada, robots de cuatro patas de diferentes formas y tamaños parecen hacer guardia. Dentro del gran taller interior, decenas de ingenieros manipularon todo tipo de bestias mecánicas. En una esquina, una pequeña máquina de cuatro patas con un cuello largo y una pinza en lugar de una cabeza usaba el apéndice para lanzar bloques de cemento por el suelo.
Todas estas máquinas tienen su origen en el trabajo pionero realizado por Marc Raibert, el fundador y director de tecnología de Boston Dynamics. En la pared de la oficina de Raibert, junto a un cartel grande que muestra a Atlas con gran detalle técnico, hay un cartel pequeño que identifica a varios dinosaurios. Recuerda que se interesó por la locomoción animal mientras estudiaba un doctorado en el departamento de ciencias cognitivas y cerebrales del MIT a fines de la década de 1970, cuando dos prominentes fisiólogos vinieron a hablar sobre la investigación sobre la locomoción de los gatos. Fascinado por cómo un cerebro puede producir una agilidad sin esfuerzo, Raibert ideó un plan para comenzar a construir máquinas para explorar el fenómeno cuando consiguió un trabajo como profesor asistente en la Universidad Carnegie Mellon en 1980.
Otros académicos habían construido máquinas para caminar. Algunos tenían muchas piernas, para asegurarse de que levantar una de ellas para caminar hacia adelante no las desequilibraría. Otros se movieron con mucho cuidado y deliberación para mantener un equilibrio precario. Las máquinas eran torpes, lentas y, en conjunto, una pobre imitación de la mayor parte de la locomoción biológica. En muchos casos, incluso el más mínimo resbalón o empujón haría que se cayeran.
Demostrando una percepción notable, Raibert decidió que su primer robot andante no estaría diseñado para evitar la inestabilidad que puede introducir el movimiento; lo abrazaría. En lugar de seis patas o incluso cuatro, le dio solo una.
El robot tendría que rebotar sobre una sola pierna, evaluando su propio movimiento y orientación con cada salto, y ajustar rápidamente la posición de su pierna y cuerpo, así como la cantidad de energía que gastaría su pierna con el siguiente salto. Los cálculos fueron sorprendentemente simples.
Sorprendentemente, el robot funcionó perfectamente, saltando como un saltador poseído. Si bien la primera versión tenía un movimiento limitado, la siguiente podía saltar libremente por el laboratorio. Todavía puedo recordar, creo que fue un día de agosto de 1983, recuerda Raibert. Todos estábamos parados sonriendo. Empujábamos la máquina y viajaba a través de la habitación hasta que el otro chico la tomaba y luego la empujaba hacia atrás.
Raibert sabía que un animal que salta se desequilibra cuando salta y debe ajustarse constantemente, y que usa la gravedad para moverse. El robot de salto rudimentario resolvió los mismos problemas y mostró cómo construir máquinas más ágiles. Me pareció la dinámica del [movimiento biológico], donde hay mucha energía y movimiento, donde hay vueltas todo el tiempo, que esas eran realmente las características que querías obtener, recuerda.
Inspirados por el éxito del enfoque, Raibert y sus estudiantes comenzaron a construir otras máquinas con patas utilizando lo que los especialistas en robótica llaman equilibrio dinámico: la capacidad de usar el movimiento para mantener el equilibrio. La siguiente versión trotó sobre dos patas delanteras y dos traseras. Otros robots tenían articulaciones, actuadores y software de control mucho más sofisticados.
En 1986, el Laboratorio de piernas de Raibert se trasladó de CMU al MIT, donde desarrolló otros robots que podían caminar, rebotar, correr y saltar de formas que a menudo parecían extrañamente reconocibles. Las máquinas tenían nombres inspirados en contrapartes biológicas. Spring Flamingo y Spring Turkey se pavoneaban por el laboratorio como pájaros gigantes, mientras Uniroo saltaba usando una cola para mantener el equilibrio, como un canguro torpe de una sola pierna.
Raibert fundó Boston Dynamics en 1995, inicialmente para vender software de simulación desarrollado en su laboratorio. Pero la compañía también consultó sobre proyectos de robótica comercial, incluido el desarrollo de AIBO y QRIO, juguetes robóticos que Sony fabricó en 1999 y 2003, respectivamente. Y un contrato con DARPA, en 2003, vio a Boston Dynamics comenzar a fabricar sus propias máquinas con patas.
Parte 2
Aprendiendo a correr
Perro grande
En 2003, armado con un contrato de DARPA para crear un vehículo prototipo capaz de seguir a las tropas por terrenos inaccesibles para vehículos con ruedas o orugas, Boston Dynamics comenzó a desarrollar BigDog, una máquina de cuatro patas aproximadamente del tamaño de un gran perro de montaña de Berna. El robot tenía que poder navegar por terrenos desordenados e impredecibles del mundo real. Esto significaba que tenía que ser resistente, excepcionalmente ágil, capaz de transportar su propia fuente de energía y capaz de detectar su propio movimiento y el entorno con mayor detalle que cualquiera de las máquinas para caminar construidas antes.
La mayoría de las cosas de laboratorio que habíamos hecho hasta que BigDog estaba en un entorno de laboratorio bastante benigno, dice Raibert. Estaba limpio, seco y plano.
La máquina resultante fue impulsada por un motor de karts y usó 69 sensores para monitorear el movimiento de sus piernas, las fuerzas ejercidas en esas extremidades y factores que incluían la temperatura y la presión hidráulica. Usando el equilibrio dinámico, podría caminar sobre arena, nieve e incluso hielo. Lo más espectacular es que podía mantenerse en pie cuando se le daba una patada fuerte. BigDog se puede manejar de forma remota, pero su comportamiento de equilibrio, como el de otros robots Boston Dynamics, se controla automáticamente mediante una computadora a bordo.
LS3
Con fondos militares adicionales, incluido algo de dinero de los Marines, Boston Dynamics comenzó a construir una versión más grande y poderosa de BigDog en 2009. Apodado Alpha Dog, pero oficialmente llamado Legged Squad Support System, o LS3, el robot tiene el tamaño de un caballo y puede transportar 180 kilogramos, o las mochilas de cuatro marines completamente cargadas, hasta 20 millas por día sobre terreno accidentado.
Al igual que BigDog, LS3 usa un instrumento de alcance láser, o lidar, y cámaras de video estéreo en su cabeza para identificar obstáculos, trazar un mapa de sus alrededores y seguir a un soldado que camina hasta 45 metros por delante, identificado por un parche reflectante. El verano pasado, los marines comenzaron a probar LS3 en una base desértica en California y en los bosques de Fort Devens en Massachusetts. Estas pruebas han involucrado misiones de combate simuladas con LS3 como mula de carga.
Gato montés
DARPA también proporcionó fondos para un robot de cuatro patas más móvil, ágil y más rápido. La primera versión, Cheetah, puede correr a 47 kilómetros por hora en una cinta de correr mientras está sujeta a una barra estabilizadora. Boston Dynamics desarrolló una versión más grande y sin ataduras, llamada WildCat, en 2013. Al igual que Cheetah, WildCat flexiona su cuerpo para extender su paso y aumentar su velocidad. Puede correr a 26 kilómetros por hora bajo control remoto. Boston Dynamics ha publicado un video en línea del robot saltando y galopando alrededor de su estacionamiento.
Parte 3
Aprendiendo a caminar
En 1989, uno de los estudiantes de posgrado de Raibert, Rob Playter, que había sido campeón de gimnasta en Ohio State, lo ayudó a construir un robot de dos piernas que deambulaba libremente y que podía realizar saltos mortales y otras hazañas acrobáticas en una cinta de correr o mientras saltaba por la calle. laboratorio. El salto mortal estaba luciendo, admite Raibert. Pero demostró un nivel de control que prometía ayudar a los robots a navegar por terrenos mucho más difíciles. También insinuó cómo las máquinas algún día podrían moverse a través de entornos diseñados para humanos. Las ruedas son una buena forma de moverse cuando el suelo por delante es plano y despejado, pero una rueda no puede subir escaleras fácilmente o pasar una silla volcada. Si los robots alguna vez se van a utilizar ampliamente en nuestros hogares, es probable que necesiten caminar.
Debido a que arreglamos nuestras casas para que se adapten a los seres humanos, es muy importante que los robots tengan las mismas competencias de locomoción y manipulación que los seres humanos, dice Gill Pratt, gerente de programa de DARPA a cargo del desafío de robótica. Las piernas pueden proporcionar una gran ventaja sobre las ruedas y las orugas; una pierna no necesita un camino continuo de apoyo; una pierna puede pasar por encima de las cosas, lo cual es algo extraordinario.
La inspiración específica para el DARPA Robotics Challenge llegó en circunstancias dramáticas, cuando un terremoto sacudió la costa de Japón en marzo de 2011. Los intentos de limpiar el reactor nuclear dañado en Fukishima destacaron las limitaciones de los mejores robots existentes y mostraron la necesidad de máquinas. que puede navegar mejor por el mundo humano. DARPA ideó su desafío para inspirar a los robots que pudieran ayudar si tal situación volviera a ocurrir. Los robots deben poder no solo trabajar en entornos diseñados para humanos, sino también navegar por esos sitios después de que hayan sufrido daños graves.
Atlas tuvo un buen desempeño en Miami, pero dista mucho de ser perfecto. Por un lado, la potencia necesaria para impulsar sus sistemas hidráulicos limita su utilidad. Los robots desplegados en el concurso requirieron generadores externos para alimentar su sistema hidráulico; los generadores son demasiado grandes para transportarlos, relativamente ineficientes y ruidosos. A pesar de que las versiones futuras de Atlas están diseñadas para llevar su propia fuente de energía, esta seguirá siendo una solución rudimentaria hasta que los investigadores puedan descubrir cómo hacer que las máquinas sean mucho más eficientes energéticamente.
La percepción es otro gran desafío. Atlas usa el equilibrio dinámico y puede escanear sus alrededores en busca de obstáculos, pero la forma en que usa esta información para navegar sigue siendo lenta y burda. Si ves a alguien bailando, trepando o haciendo parkour, estamos increíblemente lejos de un robot que pueda hacer eso, dice Pratt.
Durante el desafío DARPA, Atlas operó en parte de manera autónoma, en el sentido de que los equipos podían proporcionar instrucciones específicas y ordenarle que realizara una tarea, pero gran parte del comportamiento del robot, incluido su reequilibrio en una fracción de segundo, sucedió automáticamente. La visión de DARPA es que los robots de rescate operen de esta manera, con humanos proporcionando orientación y asistencia, pero los robots funcionando de forma autónoma cuando sea necesario, como cuando falla un enlace de comunicaciones. Pero si los robots van a realizar alguna vez el tipo de tareas que algunos imaginan, como ayudar a los ancianos en el hogar, deberán tener la capacidad de trabajar con una autonomía aún mayor.
De vuelta en el pit lane, cerca de un garaje comandado por un equipo de apoyo de Boston Dynamics, Raibert dice que los humanos y los animales tienen una movilidad extraordinaria, más que cualquier vehículo hecho por humanos, por lo que tiene sentido hacer robots con piernas. Permítanme decirles que creo que el futuro de la robótica tiene que llegar allí, dice, justo antes de que uno de sus robots comience a caminar con seguridad sobre un montón de escombros. Ahora puede hacer cosas sin él, pero con el tiempo realmente lo va a querer, y eso es lo que esperamos habilitar.
Historia de
Will Knight
Desarrollo de front-end por
Dibujó Chandler
Fotografía principal de
Adam DeTour
Fotografía y video adicionales cortesía de
Boston Dynamics
Director creativo
Eric Mongeon
Productor web senior
Kyanna Sutton
Ingeniero de programación superior
Molly Frey