Primer robot con piel artificial funcional

Que un robot sea capaz de saltar, bailar, mantener una conversación o incluso hacer parkour como el robot Atlas de Boston Dynamcis no deja de sorprendernos. Sin embargo, que un robot pueda sentir y por ende, ser autónomo y capaz de tomar decisiones basado en experiencias sensoriales ¡es algo deslumbrante!

Se trata del proyecto llevado a cabo en la Universidad Técnica de Munich y dirigido por el Dr Gordon Cheng, un prolífico investigador en comprensión fundamental y construcción de sistemas cognitivos. El investigador Cheng ha desarrollado una piel artificial inspirada en el funcionamiento de la piel humana.

El doctor Gordon Cheng con el robot H1 y la piel Hex-O-Skin
Dr. Gordon Cheng y la piel capaz de sentir (Fuente: Astrid Eckert / TUM)

Los primeros obstáculos del robot con piel

Esta piel es capaz de sentir como lo hace el ser humano, aunque las pieles artificiales no son en si una novedad (ya hemos visto el caso del brazo biónico Luke Arm), si lo es el hecho de recubrir todo un robot del tamaño de una persona para que pueda sentir y ser autónomo.

Un factor crucial en este tipo de desarrollos, es el como hace un material sintético para imitar el comportamiento de la piel de una persona. Cabe recordar que la piel humana tiene cerca de 5’000.000 de receptores y tratar de emular un sistema así de robusto es casi imposible…dependiendo, claro, como se aborde este obstáculo.

Resulta que en el año 2011, algunos investigadores trataban de simular el comportamiento de la piel con una capa con múltiples sensores. ¿Qué sucedió? la cantidad de señales enviadas en tiempo real de los sensores hicieron colapsar la unidad de procesamiento con no menos de 100 sensores.

La solución: la piel Hex-O-skin

En ese entonces, el Dr. Cheng planteó una ingeniosa solución y creo la piel Hex-O-Skin, un conglomerado de pequeñas celdas, del tamaño de una moneda de 1 dolar conectadas entre si. Donde cada celda posee una PCB equipada con sensores de temperatura, proximidad y aceleración.

Las celdas de la piel Hex-O-Skin
Celdas interconectadas de la piel hex-O-Skin- (Fuente: Humanoid Multi-Modal Tactile Sensing Modules)

Además, en cada una de las celdas, hay un controlador que pre-procesa las señales del sensor y activa la transmisión de datos a través de una red de módulos a la unidad de procesamiento.

Con este enfoque, el profesor Gordon fue capaz de optimizar el procesamiento de las señales. Ya mencionamos que las celdas están conectadas entre si, por lo tanto, se crean módulos táctiles que intercambian datos y finalmente, envían una señal a una computadora. Esto tiene 2 beneficios importantes: la reducción de capacidad de procesamiento y el aumento de la confiabilidad, ya que si una celda llegara a fallar, las otras celdas seguirían funcionando y no habría interrupción en el flujo de señales.

Ahora, surge una duda, si ya se había dado solución en cuanto a la capacidad de procesamiento en el 2011 ¿por qué toma relevancia en estos días?

Un nuevo problema, un nuevo enfoque

La solución a este interrogante fue un nuevo reto para el Dr. Cheng, porque a pesar de optimizar el sistema, su piel artificial funcionaba de forma poco natural, por lo que decide enfocarse en imitar el comportamiento de las señales sensoriales del ser humano.

Veamos un ejemplo del funcionamiento de nuestra piel, cuando nos ponemos una camisa y somos atentos, la piel siente el contacto con la tela y envía la señal a nuestro cerebro, este la procesa y la asimila. Después de unos instantes, nuestro cerebro deja de procesar estas señales, de ahí que, no estemos sintiendo la camisa constantemente. De hecho, no volvemos a sentir hasta que hay un cambio de sensación, por ejemplo, el viento cuando nos quitamos la camisa.

En cambio, la piel Hex-O-Skin estaba activamente enviando las mismas señales todo el tiempo, por lo que nuevamente se dificultaba la capacidad de procesamiento y el comportamiento de la piel se alejaba del sentir natural.

A causa de esto, se llega a un nuevo avance, el sistema basado en eventos. Este sistema funciona como la piel, cuando los sensores perciben un estímulo que no varía en determinado tiempo se apaga y vuelve a funcionar cuando el estímulo cambia.

El robot H1 y la Hex-O-Skin

Actualmente, la piel se adecuó al robot H1, el cual fue construido por el Instituto de Sistemas Cognitivos de la TUM . Dicho robot fue recubierto con 1260 celdas y 13000 sensores en todo el cuerpo. Incluso se instalaron los sensores en las suelas del robot, con la finalidad de que pueda notar el desnivel de las superficies.

La piel artificial en el robot H1
El robot H1 con la piel Hex-O-Skin (Fuente: Astrid Eckert / TUM)

Con esta piel artificial, el Robot H1 es capaz de moverse de forma más segura, ser independiente y operar con mayor precaución cerca de las personas.

De hecho, si un robot abrazara a una persona podría lastimarla al no calcular la fuerza apropiada y los movimientos precisos, no obstante, con esta piel el robot podría identificar la cantidad de presión que debe ejercer para realizar un abrazo seguro y cálido. Y en palabras de el Dr. Gordon Cheng «esto podría no ser importante en aplicaciones industriales, pero en áreas como enfermería, los robots deben ser diseñados para el contacto muy cercano con las personas»

Para concluir, esta piel artificial y su sistema basado en eventos, permite la independencia de los sistemas robóticos y no solo hablamos de androides bípedos. Esta tecnología puede extrapolarse a las prótesis, donde impulsaría el desarrollo y contribuiría al mejoramiento de la calidad de vida de las personas con amputaciones.

Además, como menciona el autor del proyecto, los robots empezarían a tomar un rol activo en áreas como el cuidado de pacientes en hospitales, el cuidado de la salud en hogares o en servicio al cliente, donde los robots actualmente están incursionando, aunque débilmente.

Pregunta: ¿en qué otro sector resulta beneficioso un robot con habilidades sensoriales?


Fuentes:

Un comentario en «Primer robot con piel artificial funcional»

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