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EMERGE, pionero en robótica modular en Colombia

El androide del futuro, contra el que peligrosamente se enfrentaron en los años noventa Sarah y John Connor, con la ayuda del T-800 –interpretado por Arnold Schwarzenegger– en Terminator 2: el juicio final, terminó convirtiéndose en una realidad que ha inspirado a los investigadores a buscar sistemas parecidos que permitan diseñar máquinas con módulos que se puedan modificar de manera independiente y que cumplan diversas funciones.

Algunos de esos sistemas se basan en el innovador ensamblaje de esta máquina que se tomó la pantalla grande cuando aún era inconcebible que un robot como el T-1000 pudiera cambiar de forma simplemente ordenando algunas partes de su cuerpo, y modificar su posición actual.

A lo largo de los años, esta industria nos ha permitido acercarnos más al mundo que el afamado cineasta estadounidense James Cameron inventó en su saga. Hoy en día es una realidad la robótica modular enfocada en el diseño de robots conformados por partes simples que, al unirse a otros con características similares o iguales, pueden crear dispositivos robóticos complejos para solucionar una tarea específica.

Los robots modulares están compuestos por varios bloques que permiten modificar la estructura conformada y así adaptarse a nuevas condiciones de trabajo o de funcionalidad para completar actividades específicas. Su diseño presenta ventajas tanto económicas como de practicidad frente a los robots fijos o industriales.

Pese a sus indiscutibles ventajas, en Colombia no se ha avanzado mucho en su desarrollo. Según Rodrigo Moreno, doctor en Ingeniería, Sistemas y Computación de la UNAL, la robótica llegó al país originalmente con la industria manufacturera: brazos en las ensambladoras de automóviles o sistemas de grúas. “Esto ha sido lo más cercano que hemos tenido a la robótica modular”, subraya.

Ante este panorama de grandes oportunidades para su desarrollo, el ingeniero Moreno ha construido un nuevo sistema –pionero en Colombia– para el aprendizaje en dichos robots. Este surge de la unión de varios conceptos, como la “comunicación entre células”, y de un principio que replica de forma artificial el movimiento que realizan los organismos vertebrados, en los que las estructuras neurológicas que controlan distintas partes del cuerpo se organizan para coordinarse con sus vecinas más próximas, o lo que se conoce como “generadores centrales de patrones”.

“La idea es que cada uno de estos módulos sea capaz de comunicar la información que percibe a través de sus propios sensores al resto de unidades robóticas y coordinarse para moverse por distintos ambientes de manera conjunta a partir de dichos datos”, explica el doctor Moreno.

Gracias a unos conectores eléctricos, cada uno de los módulos transfiere información al resto de lo que percibe con sus sensores, de manera similar a como se transfiere una cadena de WhatsApp, por ejemplo.

Como cada unidad tiene un controlador que le permite procesar la información que recibe, se configura un sistema en el que el conjunto puede llegar a establecer cuál movimiento sería más adecuado, y proceder a realizarlo.

Estructura funcional

El robot modular EMERGE está diseñado para ser fácil de construir y de reconfigurar gracias a sus conectores magnéticos. Esta tercera versión del robot es un proyecto conjunto del grupo Robotics, Evolution, and Art Lab (REAL), de la Universidad IT de Copenhague, el grupo Artificial Life (ALIFE), de la UNAL, y la Universidad China de Minería y Tecnología (Pekín).

El diseño cuenta con varios módulos o cubos que al estar unidos entre sí realizan un movimiento parecido al de una oruga. Cada módulo está constituido por un motor al que se le puede controlar la posición (servomotor), similar al que se utiliza para controlar la dirección en los carros de control remoto, pero más fuerte, con movimiento rotacional. Este dispositivo está sujetado a cuatro caras formadas por una combinación de tarjetas electrónicas y partes impresas en 3D, que a su vez sujetan imanes.

“Las cuatro caras actúan como conectores magnéticos que permiten que EMERGE se conecte y desconecte rápidamente a otros módulos, incluso mediante un brazo robótico externo. Los conectores pueden soportar hasta 1,3 N.m (Newton metro) de torque. Las caras magnéticas se conectan en un orden específico para hacer robots con estructuras tipo árbol”, explica el ingeniero, quien dedicó tres años para desarrollar el prototipo después de varios procesos de ensayo y error.

En el centro de cada cara del cubo, con dimensiones de 6,1 x 5,5 x 7,7 cm hay sensores infrarrojos de proximidad para medir la distancia entre el prototipo y otro objeto. Las placas de circuitos en las caras le dan firmeza a la estructura y controlan la comunicación del robot.

“Los cables permiten que el microcontrolador hable con el motor y le diga cómo debe moverse”.

“En su interior está un regulador para la entrada de energía, el microcontrolador y el puerto de programación y conexión con el motor. Los cables permiten que el microcontrolador hable con el motor y le diga cómo debe moverse”, comenta sobre la estructura interna de cada uno de los módulos de EMERGE.

Dependiendo de cómo estén conectados los módulos, un robot puede hacer movimientos similares a los de una oruga, ir en línea recta, hacer desplazamientos laterales y describir arcos, con una velocidad de alrededor de 30 cm/s. Para hacer estos desplazamientos, con al menos ocho cubos, se necesita alrededor de 54 W (Watts) de energía –proporcionada por una fuente externa–, un consumo que para el investigador es bajo en relación con otros robots fijos.

Tareas arriesgadas en distintos terrenos

Ya que esta tecnología no requiere de altas inversiones, bastaría con diseñar un módulo para luego reproducirlo tantas veces como se requiera, de tal manera que la construcción de robots para tareas como el desminado resultaría más sencilla.

También sería posible desarrollar prótesis que se ajusten mejor a los movimientos del cuerpo y crear herramientas a partir de los módulos que ayuden a operarios en distintas tareas (colaboración humano-máquina), un campo que, según el informe de la firma global de investigación de mercado Transparency Market Research (TMR), se encuentra en crecimiento y que puede aumentar la demanda de robots de este tipo para 2027.

La arquitectura desarrollada en el trabajo del ingeniero Moreno también permite variar las condiciones del terreno, lo que igualmente ayuda a que los robots se puedan entrenar y adaptar a distintas variaciones, como ocurrió con Colossus, el robot bombero de 500 kilos que bajo el fuego abrasador que consumía la estructura de la catedral de Notre Dame de París, el pasado 15 de abril, operó una manguera contra incendios y transportó herramientas pesadas en distintos entornos hostiles.

Por las capacidades operativas de estos autómatas, el proyecto se constituye en un avance significativo en los campos de la robótica colaborativa (robot-robot) y modular en Colombia, en la medida en que se ha logrado –mediante principios y algoritmos inspirados en fenómenos naturales– transmitir y utilizar información sensorial entre módulos. Aunque se trata de información muy sencilla, los datos permiten que el conjunto pueda tomar algunas decisiones que contribuyen a mejorar la función del robot.

Por las capacidades operativas de estos autómatas, el proyecto se constituye en un avance significativo en los campos de la robótica colaborativa (robot-robot) y modular en Colombia.

En tal sentido, el doctor Moreno precisa que otros tipos de robots, incluso construidos como una sola pieza, que utilicen múltiples sensores, también podrían desarrollar funciones similares de toma de decisiones a partir de los mismos conceptos.

Hasta ahora los robots funcionan con una fuente de energía externa, pero no se descarta que en una fase posterior se acoplen baterías que permitan darles mayor autonomía.

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