Los robots humanoides han cobrado protagonismo durante el último año, y las empresas han hecho cola para lanzar sus propios productos humanoides. La mayoría de ellos tienen una apariencia humanoide típica, utilizan brazos y garras para manipular objetos y piernas duras para caminar.
Pero recientemente, el Instituto de Investigación Toyota (TRI) de Japón lanzó un nuevo robot, Punyo, y expresó su esperanza de que Punyo impulse el avance de los robots humanoides.
Punyo es innovador en cuanto al concepto de diseño y los métodos de operación de los robots. No tiene piernas y, hasta ahora, el equipo del TRI ha estado trabajando en el torso del robot y desarrollando habilidades de manipulación.
Concepto de diseño: al servicio de la vida cotidiana humana
Los robots industriales tradicionales se utilizan principalmente en operaciones de taller, ensamblaje y otras tareas para mejorar la eficiencia de la producción y reducir la intensidad de la mano de obra. En el futuro, los robots de servicio pueden ingresar a más hogares, afrontando y satisfaciendo directamente las necesidades diarias de la gente común.
Los investigadores del TRI dijeron que el objetivo de Punyo es convertirse en un robot que "ayude a las personas a completar tareas diarias en casa y en otros lugares".
Este concepto de diseño determina que Punyo debe ser flexible, suave y seguro, ya que para poder ingresar al complejo y cambiante entorno doméstico, no puede haber un brazo mecánico duro y rígido como un robot industrial tradicional. De lo contrario, le dará a las personas una sensación de peligro y hará que sea imposible completar varias tareas operativas de artículos diarios. Esto es algo similar a la idea de diseño del robot Pepper de SoftBank, que se centra en cómo hacer que los robots se integren más en la vida humana.
Las aplicaciones orientadas al servicio también requieren que Punyo aprenda una variedad de habilidades diarias, no solo realice una sola operación en la línea de ensamblaje de la fábrica. Esto requiere dotar a los robots de fuertes capacidades de aprendizaje y dominar los métodos de operación de varias tareas diarias mediante la observación e imitación de demostraciones humanas.
Para los robots humanoides, la manipulación con todo el cuerpo es complicada porque el equilibrio es un desafío. Sin embargo, los investigadores del TRI diseñaron su robot para hacer precisamente eso.
"Punyo hace las cosas de otra manera. Utilizando todo su cuerpo, puede hacer mucho más que simplemente presionar con una mano extendida", agregó Andrew Beaulieu, uno de los líderes técnicos de TRI para manipulación de cuerpo completo. "La suavidad, la sensibilidad táctil y la capacidad de hacer mucho contacto facilitan una mejor manipulación de los objetos".
Cuerpo blando y duro
Para lograr un diseño de robot flexible y blando, TRI adoptó un diseño de brazo mecánico que combina dureza y suavidad. Las manos, los brazos y el pecho de Punyo están cubiertos con materiales flexibles y sensores táctiles que detectan el contacto externo, y los materiales blandos permiten que el cuerpo del robot se adapte a los objetos que está manipulando.
Esta es una idea de diseño típica de muchos robots blandos actuales.
Al mismo tiempo, bajo la carcasa blanda, Punyo también conserva dos brazos mecánicos "duros" como soportes esqueléticos, así como un armazón de torso y un actuador de cintura para proporcionar soporte mecánico y control preciso. Esta combinación de diseño duro y blando combina las ventajas mecánicas de los robots tradicionales con las características blandas de los robots blandos.
En concreto, las bolsas de aire de los brazos de Punyo pueden ajustar la presión interna para volverse más duras o más blandas según sea necesario. Al tiempo que garantiza una cierta rigidez mecánica, también proporciona unos 5 cm de flexibilidad. La "garra" también utiliza un diseño de bolsa de aire de látex de alta fricción. La cámara en la palma de la mano puede detectar el tamaño de la fuerza externa observando la deformación de la superficie de la bolsa de aire. Todo el brazo se puede doblar y girar, y las bolsas de aire están conectadas entre sí, lo que permite que la fuerza se transmita suavemente y evita que el robot "rompa el brazo".
Fuerte capacidad de aprendizaje
Para adaptarse a las tareas cambiantes en el entorno del hogar, Punyo debe tener fuertes habilidades de aprendizaje.
Según el equipo del TRI, Punyo aprendió una política rica en contactos utilizando dos métodos: una estrategia de difusión y un aprendizaje de refuerzo guiado por ejemplos. El TRI anunció su enfoque de política de proliferación el año pasado. Con este enfoque, los robots utilizan demostraciones humanas para aprender estrategias sensoriomotoras sólidas para tareas difíciles de modelar.
El aprendizaje por refuerzo guiado por ejemplos es un enfoque que requiere modelar una tarea en una simulación y guiar la exploración del robot a través de un pequeño conjunto de demostraciones. TRI afirma que utiliza este aprendizaje para implementar estrategias operativas sólidas para tareas que se pueden modelar en simulaciones.
Cuando un robot puede ver estas tareas demostradas, puede aprenderlas de manera más eficiente. También le da al equipo de TRI más margen para influir en el estilo de movimiento que utiliza el robot para completar sus tareas.
El equipo utilizó priores de movimiento adversarios (AMP), tradicionalmente empleados para estilizar personajes animados por computadora, para incorporar la imitación del movimiento humano en su proceso de refuerzo.
El aprendizaje por refuerzo requiere que los equipos modelen tareas en simulaciones para la capacitación. Para ello, TRI utiliza un planificador basado en modelos para demostraciones en lugar de operaciones remotas. A este proceso lo denomina "aprendizaje por refuerzo guiado por un plan".
TRI afirma que el uso del planificador puede hacer posibles misiones de larga distancia que son difíciles de operar de forma remota. El equipo también puede generar automáticamente cualquier cantidad de demostraciones, lo que reduce la dependencia de la intervención humana en su proceso de producción, lo que acerca a TRI a aumentar la cantidad de tareas que Punyo puede manejar.
Aunque el robot de servicio de software Punyo todavía está en sus inicios y su rendimiento en todos los aspectos necesita ser mejorado, sus perspectivas de aplicación son amplias y el concepto de diseño y la ruta técnica de Punyo también brindan nuevas ideas para la industria.