Robot humanoide tridimensional en CUCEI

131

Caminar es sin duda una de las actividades más triviales y cotidianas para muchos seres vivos. Existen ejemplos muy interesantes en la naturaleza, donde para algunos animales caminar es tan fundamental para la supervivencia, que dicha habilidad es explorada minutos después del nacimiento. En el caso específico de los seres humanos, caminar es una destreza que tiene que ser aprendida por medio de entrenamiento y que sin duda nos ha permitido la adaptación a diversos ambientes, que incluyen desde desiertos hasta aquellos inmersos en alta humedad, como la jungla o en bajas temperaturas con la presencia de nieve o hielo.
Esta capacidad de adaptación ha llamado la atención de la comunidad mecatrónica. Es atractiva la idea de diseñar elementos robóticos con habilidades para ejecutar tareas que serían difíciles llevar a cabo con robots móviles basados en trenes motrices con ruedas. Enumérense tareas de remoción de escombros, colección de residuos peligrosos, búsqueda de sobrevivientes en accidentes o en entornos complicados, por nombrar algunas.
Existe una comunidad de expertos que han encontrado reproducir algunas de las conductas humanas, incluso han urgido a la comunidad robótica a colaborar en la tarea de “humanizar” algunos diseños mecatrónicos, con el objetivo de obtener un mecanismo de prueba sobre el cual puedan experimentarse sensaciones similares a las que se enfrenta un ser humano cotidianamente.
Existen otros factores que han contribuido al nuevo impulso para el diseño de robots humanoides en la última década. Entre ellos, la impresionante mejora en el rendimiento de los dispositivos generadores de movimiento y fuerza, como son los motores eléctricos, actuadores neumáticos e hidráulicos, así como la disponibilidad del poder de cálculo en computadoras de escritorio o portátiles de uso comercial, lo que permite la simulación e implementación de complejos métodos de aprendizaje y control sin recurrir a dispositivos de alto costo. De igual forma se han presentado múltiples mejoras en el diseño de baterías y generadores de energía, permitiendo un mayor almacenamiento y por ende una importante extensión en el tiempo efectivo de operación para un sistema robótico humanoide.
En este entorno, llama la atención la inversión de recursos de países del bloque oriental, como son Japón, Corea del Sur, China, etcétera, quienes han implementado algunos robots humanoides que ya están disponibles en el mercado.
 A pesar de todos estos avances, aun existe una buena distancia para lograr una planta robótica con características similares al ser humano, por lo menos en lo que a caminar respecta.
Con el objetivo de formular una contribución en esta dirección, la División de Electrónica y Computación del Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, a través del grupo de Robótica y Sistemas Inteligentes (actualmente reconocido como cuerpo académico consolidado), ha recibido el apoyo del CONACYT a través del proyecto de ciencia básica titulado: “Caminado Humanoide Tridimensional”, cuya vigencia ha iniciado este año.
El proyecto contempla el desarrollo de métodos basados en sistemas de inteligencia computacional para el caminado adaptativo de robots bípedos. Una de las prioridades de este proyecto es la formación de estudiantes de nivel licenciatura y nivel posgrado como recursos humanos de alto nivel con talento científico. Es decir, nuevos investigadores con la capacidad de generar conocimiento relacionado con nuevas soluciones para los métodos de caminado.
Los objetivos del proyecto son experimentar con métodos como control difuso para generar rutinas de balance frontal y sagital (balance hacia ambos lados del robot bípedo), y la integración del esquema de balance y generación de patrones dentro de un sistema autónomo de sensores y actuadores, con la unidad de proceso central instalada en el robot humanoide.
Parte medular en el programa de experimentos del proyecto es la prueba de nuevos esquemas para los sensores de presión y aceleración, instalados en distintos puntos del robot. Con esto se busca generar nuevos modelos de estimación y auto-adaptación a la superficie de caminado. En específico, para la adaptación a superficies de caminado no-estacionarias (que cambian continuamente), el proyecto explora la instalación de sensores de presión en cada uno de los pies del robot bípedo, buscando construir mapas de distribución de peso que permitan responder velozmente a los cambios en la superficie.
 Asimismo, el uso de sensores de aceleración busca la estimación del estado actual de cada uno de los pies con el objetivo de controlar la generación de cada paso del robot y por ende, el control del caminado en ambas direcciones, frontal y sagital. Esto es precisamente lo que da origen al término de caminado tridimensional.
La plataforma base de experimentación serán cinco robots humanoides de 24 grados de libertad (para fines prácticos y guardando algunas excepciones técnicas, esto puede entenderse como robots con 24 motores), disponibles comercialmente bajo las marcas KONDO© y BIOLOID©. Dichas plantas robóticas han sido exitosamente modificadas con circuitos de control e interfases para sensores utilizando tecnología desarrollada por nuestro grupo de investigación. De hecho, otra de las contribuciones importantes del proyecto es precisamente el desarrollo de la estructura de sensores para detección y estimación de parámetros relevantes para el caminado.
Se espera que los primeros resultados de la experimentación puedan estar disponibles para su publicación en el verano de este año. Dado que uno de los objetivos fundamentales es la formación de recursos humanos, el grupo de Robótica y Sistemas Inteligentes está organizando distintas actividades para el reclutamiento de estudiantes y colaboradores técnicos que puedan colaborar con los objetivos del proyecto.
Más información a este respecto puede encontrarse directamente en la página web del grupo de investigación (http://irsi.cucei.udg.mx).

*Todos los autores son doctores y parte del grupo de Investigación en Robótica y Sistemas Inteligentes, del CUCEI.