El uso de robots humanoides se está extendiendo por todo el mundo. Los robots humanoides están diseñados para imitar el cuerpo humano y se diferencian de otro tipo de robots, como los industriales, porque su movimiento es parecido al humano, basado en la locomoción de las piernas, especialmente en la marcha bípeda. Se mueven e interactúan con el “mundo real”, realizando una diversidad cada vez mayor de tareas cotidianas y especializadas, a diferencia de los manipuladores de fábrica y otros robots que trabajan en entornos altamente estructurados.
Cabe destacar que la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) planea enviar un robot humanoide al espacio a finales de 2020 como parte de una misión no tripulada. La humanoide llamada Vyommitra, un robot femenino sin piernas, ayudará a ISRO a prepararse para su misión de vuelo espacial tripulado Gaganyaan, el primer intento del país de enviar humanos al espacio previsto para 2022. Antes de llevar a cabo esta misión, ISRO enviará a Vyommitra, que puede hablar, pero no habla. No te muevas demasiado, hacia el espacio.
¿Qué es un robot humanoide?
La apariencia general y la forma del cuerpo de un robot humanoide están construidas para parecerse al cuerpo humano. Generalmente, los robots humanoides tienen un torso con cabeza, brazos y piernas, aunque algunos de sus tipos pueden tener solo algunas partes humanas específicas, por ejemplo de cintura para arriba. Algunas formas de robots tienen cabezas diseñadas para replicar rasgos faciales humanos, como la cara, los ojos y la boca. Los robots humanoides construidos para parecerse estéticamente a un ser humano masculino se llaman androides, mientras que las mujeres se llaman ginoides.
A Leonardo Da Vinci se le atribuye la creación de una de las primeras formas de humanoides en 1495. Modelado con una armadura, podía realizar varias funciones humanas, como sentarse, pararse y caminar.
¿Cómo se mueven, hablan y realizan acciones los humanoides?
Inventores e ingenieros estudian la estructura y el comportamiento del cuerpo humano (biomecánica) e intentan simular la cognición humana, que se basa en información sensorial para adquirir habilidades perceptivas y motoras. Se implementan sensores y actuadores de primer nivel para permitir que los humanoides realicen múltiples funciones. Basados en modelos computacionales del comportamiento humano, los sensores ayudan a los robots a detectar sus entornos, mientras que las cámaras les permiten ver con claridad. Motores o actuadores colocados en puntos estratégicos guían a estos robots en movimientos y gestos. Crear sus versiones completamente funcionales y realistas requiere los siguientes mecanismos:
Sensores
Los sensores miden los atributos del mundo humano. Además de los requisitos esenciales de planificación y control, la detección desempeña un papel importante en los paradigmas robóticos. Para ayudar a los humanoides a sentir el entorno, los sensores les otorgan la capacidad de tocar, oler, ver, oír y mantener el equilibrio adecuadamente.
Mientras que el sensor auditivo ayuda a los humanoides a escuchar, descifrar y ejecutar instrucciones. Gracias al sensor táctil se evita que choquen contra cosas y se hagan daño. Un sensor de fuerza les ayuda a mantener el equilibrio y la orientación, y los sensores de calor y dolor les avisan de un daño inminente o inminente. Además, existen sensores faciales que hacen que los humanoides sean capaces de realizar una amplia gama de expresiones. Por lo tanto, los sensores se pueden clasificar según el proceso físico con el que trabajan o según el tipo de información sensorial que proporcionan como salida.
Los científicos trabajan continuamente para hacer que los sensores sean más eficientes a la hora de realizar múltiples tareas. Dirigieron su mirada hacia sensores propioceptivos (por ejemplo, tacto, extensión de músculos, posición de las extremidades) para detectar la posición, orientación y velocidad del cuerpo y las articulaciones del humanoide. Algunas de las áreas que han recibido un énfasis cada vez mayor incluyen: acelerómetros para medir la velocidad a partir de los cuales se puede calcular la velocidad mediante integración; sensores de inclinación para medir la inclinación; y sensores de fuerza colocados en las manos y pies del robot para medir la fuerza de contacto con el entorno.
También se prestó atención a los sensores de posición que indican la posición real del robot (a partir de la cual se puede calcular la velocidad por derivación) o incluso a los sensores de velocidad. Los sensores táctiles proporcionan información sobre fuerzas y pares transferidos entre el robot y otros objetos; utilizan conjuntos de hápticos para proporcionar datos sobre lo que se ha tocado.
En los robots humanoides, los sensores de visión funcionan para reconocer objetos y determinar sus propiedades. Las cámaras CCD, que utilizan el espectro electromagnético para producir una imagen, se utilizan como facultad de visión de los humanoides. Normalmente, se implantan micrófonos para activar la funcionalidad de sensores de sonido que permiten a los robots escuchar el habla y los sonidos ambientales.
Actuadores o motores
Los actuadores o motores responsables del movimiento de los robots ayudan a los robots a moverse y realizar gestos similares a los de un cuerpo humano flexible. Los actuadores fuertes y eficientes pueden realizar una amplia gama de acciones como los humanos o incluso mejor.
Los robots humanoides utilizan principalmente actuadores giratorios que realizan movimientos humanos, así como músculos y articulaciones, aunque con una estructura diferente. Los actuadores pueden ser hidráulicos, eléctricos, piezoeléctricos, ultrasónicos o neumáticos.
Los actuadores hidráulicos funcionan en aplicaciones de baja velocidad y alta carga. Los actuadores de motores eléctricos sin núcleo son más adecuados para aplicaciones de alta velocidad y baja carga, aunque ambos solo pueden actuar de manera compatible mediante estrategias de control estrictas.
Los actuadores piezoeléctricos, por otro lado, pueden producir un pequeño movimiento con una gran capacidad de fuerza después de aplicar voltaje. Son capaces de posicionar de forma ultraprecisa y generar y manejar altas fuerzas o presiones en situaciones estáticas o dinámicas.
Los actuadores ultrasónicos generan movimientos en orden micrométrico a frecuencias ultrasónicas (por encima de 20 kHz). Se pueden utilizar para controlar vibraciones, posicionamiento y aplicaciones de conmutación rápida.
Los actuadores neumáticos dependen de la compresibilidad del gas para funcionar. Al inflarse, se expanden a lo largo del eje y, al desinflarse, se contraen. Cuando uno de sus extremos esté fijo, el otro se moverá en una trayectoria lineal. Diseñados para aplicaciones de baja velocidad y carga baja/media, los actuadores neumáticos comprenden cilindros, fuelles, motores neumáticos, motores paso a paso neumáticos y músculos artificiales neumáticos.
Interacción basada en IA
Una vez que se implementan mecanismos que imitan partes del cuerpo humano, los inventores programan las instrucciones y códigos que permitirían a los humanoides realizar funciones específicas. Impulsados por Inteligencia Artificial (IA), pueden deslizar el dedo y responder cuando se les pregunta.
La IA es clave para mejorar el nivel en el que los robots humanoides pueden interactuar con los humanos. Podrás hacerles descifrar órdenes, preguntas, indicaciones, incluso comprender afirmaciones aleatorias y ambiguas y dar respuestas llenas de humor y sarcasmo.
Funciones de los robots humanoides.
Inicialmente, la IA se utilizó en humanoides para investigación y herramientas experimentales en varias áreas científicas, como el estudio de la locomoción bípeda para explorar formas de crear prótesis de piernas, órtesis de tobillo y pie, prótesis de piernas biológicas realistas y prótesis de antebrazo para discapacitados neuromusculares. Algunos fueron creados con fines de entretenimiento, cantando, tocando música, bailando y hablando al público.
Ahora, el propósito de los humanoides se ha extendido más allá de la investigación y la experimentación a propósitos funcionales como realizar diversas tareas humanas, como interactuar con herramientas y entornos humanos, y ocupar diferentes roles en el sector laboral. Son una característica cada vez más común en el lugar de trabajo y pueden realizar tareas humanas y actuar como asistentes personales, recepcionistas, recepcionistas y trabajadores de la línea de fabricación de automóviles. Pueden ayudar en el hogar para ayudar a los enfermos y ancianos como asistentes domésticos y asistentes de enfermería, realizar trabajos sucios o peligrosos, jugar y usar herramientas, operar equipos y vehículos diseñados para la forma humana.
Estos robots realistas también pueden resultar útiles para ayudar a los niños o a cualquier persona que necesite ayuda con las tareas o interacciones del día a día. Se han realizado muchos estudios que señalan la eficacia de los robots humanoides para ayudar a los niños con autismo.
Se ha decidido por varios países enviar robots humanoides a misiones de exploración espacial peligrosas y lejanas, sin necesidad de dar media vuelta y regresar a la Tierra una vez finalizada la misión. En esencia, los robots pueden realizar cualquier tarea que un humano pueda realizar, gracias a los algoritmos de IA.
De aqui para adelante
Los científicos se esfuerzan por reducir el consumo de energía en los movimientos humanoides. En este contexto, los estudios sobre la dinámica, el control y la estabilización de robots bípedos andantes en superficie han adquirido una importancia crucial. Igualmente importante es mantener el centro de gravedad del robot sobre el centro del área de soporte para proporcionar una posición estable.
Debido a que un humanoide necesita información sobre la fuerza de contacto y su movimiento actual y deseado para mantener el equilibrio dinámico mientras camina, el Punto de Momento Cero (ZMP) es un enfoque de equilibrio esencial que ha recibido atención de los inventores. Además, se están centrando en la planificación y el control para permitir que los humanoides se muevan en entornos complejos, armados con el conocimiento de la detección de autocolisiones, la planificación de trayectorias y la evitación de obstáculos.
Los robots humanoides incluyen estructuras con flexibilidad variable que aportan seguridad para el propio robot y también para las personas, más grados de libertad y una amplia disponibilidad de tareas. Para optimizar estas funcionalidades, los científicos planean mejorar aún más las estrategias de planificación y control en el funcionamiento de los robots.
Ingenieros del MIT y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado un método para controlar el equilibrio en un robot teleoperado de dos patas. Marca un paso esencial para permitir que un humanoide realice tareas de alto impacto en entornos desafiantes. El robot es controlado remotamente por un operador humano que lleva un chaleco que transmite información sobre el movimiento humano y las fuerzas de reacción del suelo al robot. A través del chaleco, el operador humano puede dirigir la locomoción del robot y también sentir sus movimientos. Si el humano siente que el robot comienza a inclinarse, puede adaptarse para reequilibrarse a sí mismo y al robot.
En Japón, el profesor Hiroshi Ishiguro de la Universidad de Osaka y los miembros de su equipo han desarrollado un robot humanoide con capacidad de conversación similar a la humana. En el proyecto de interacción simbiótica entre humanos y robots ERATO ISHIGURO, se centraron en el proceso de afinidad que surge durante el movimiento del robot con un humano. Para ello, desarrollaron un androide infantil llamado "ibuki", que podía caminar junto con el humano utilizando ruedas equipadas.
En breve
Los robots humanoides pueden hablar como nosotros, caminar como nosotros y expresar una amplia gama de emociones. Algunos de ellos pueden hablar; otros pueden recordar la última interacción que tuviste con ellos. Con los constantes avances en IA, los robots humanoides están listos para adquirir atributos y habilidades humanas más desarrolladas. La robótica avanzada de Android está lista para facilitar mejoras espectaculares en la vida en el futuro.