Una mano de robot impresa en 3D toca el piano

Científicos han desarrollado una mano robótica impresa en 3D que puede reproducir piezas musicales simples en el piano simplemente moviendo su muñeca. Aunque el robot no es un virtuoso de la música, demuestra cómo de desafiante es replicar todas las habilidades de una mano humana y cuánto movimiento complejo se puede lograr a través del diseño.

La mano del robot, desarrollada por investigadores de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, se realizó mediante la impresión en 3D de materiales suaves y rígidos para replicar todos los huesos y ligamentos, pero no los músculos o tendones, en una mano humana. A pesar de que esto limitaba el rango de movimiento de la mano robot en comparación con una mano humana, los autores encontraron que todavía era posible un rango de movimiento sorprendentemente amplio al confiar en el diseño mecánico de la mano.

Usando este movimiento "pasivo", en el que los dedos no pueden moverse de manera independiente, el robot pudo imitar diferentes estilos de piano sin cambiar el material o las propiedades mecánicas de la mano. Los resultados, publicados en la revista 'Science Robotics', podrían ayudar a informar el diseño de robots que son capaces de realizar movimientos más naturales con un uso mínimo de energía.

El movimiento complejo en animales y máquinas resulta de la interacción entre el cerebro (o controlador), el ambiente y el cuerpo mecánico. Las propiedades mecánicas y el diseño de los sistemas son importantes para el funcionamiento inteligente, y ayudan a los animales y las máquinas a moverse de forma compleja sin gastar cantidades innecesarias de energía.

"Podemos usar la pasividad para lograr una amplia gama de movimientos en robots: caminar, nadar o volar, por ejemplo", afirma la primera autora del artículo, Josie Hughes, del Departamento de Ingeniería de Cambridge. "El diseño mecánico inteligente nos permite alcanzar el máximo rango de movimiento con costos de control mínimos: queríamos ver cuánto movimiento podríamos obtener solo con la mecánica".

En los últimos años, los componentes suaves han comenzado a integrarse en el diseño robótico gracias a los avances en las técnicas de impresión 3D, lo que ha permitido a los investigadores agregar complejidad a estos sistemas pasivos. La mano humana es increíblemente compleja, y la recreación de toda su destreza y adaptabilidad en un robot es un gran desafío de investigación. La mayoría de los robots avanzados de hoy no son capaces de realizar tareas de manipulación que los niños pequeños pueden hacer con facilidad.

COMPRENDER NUESTRO CUERPO MECÁNICO

"La motivación básica de este proyecto es comprender la inteligencia incorporada, es decir, la inteligencia en nuestro cuerpo mecánico", afirma la doctora Fumiya Iida, quien dirigió la investigación. "Nuestros cuerpos consisten en diseños mecánicos inteligentes, como huesos, ligamentos y pieles que nos ayudan a comportarnos de manera inteligente incluso sin control activo del cerebro. Al utilizar la tecnología de impresión 3D de vanguardia para imprimir manos suaves como las de un humano, ahora podemos explorar la importancia de los diseños físicos, aislados del control activo, lo que es imposible de hacer con los pianistas humanos, ya que el cerebro no puede 'apagarse' como nuestro robot".

"Tocar el piano es una prueba ideal para estos sistemas pasivos, ya que es un desafío complejo y lleno de matices que requiere un rango significativo de comportamientos para lograr diferentes estilos de interpretación", apunta Hughes. Al robot se le "enseñó" a jugar considerando cómo la mecánica, las propiedades del material, el entorno y la actuación de la muñeca afectan al modelo dinámico de la mano. Al accionar la muñeca, es posible elegir cómo interactúa la mano con el piano, lo que permite que la inteligencia incorporada de la mano determine cómo interactúa con el entorno.

Los investigadores programaron al robot para que tocara una serie de piezas musicales cortas con notas recortadas (staccato) o suaves (legato), logradas mediante el movimiento de la muñeca. "Es solo lo básico en este punto, pero incluso con este movimiento único, todavía podemos obtener un comportamiento bastante complejo y matizado", afirma Hughes.

A pesar de las limitaciones de la mano del robot, los científicos dicen que su enfoque impulsará una mayor investigación de los principios subyacentes de la dinámica esquelética para lograr tareas de movimiento complejas, así como el aprendizaje de las limitaciones de los sistemas de movimiento pasivo. "Este enfoque del diseño mecánico puede cambiar la forma en que construimos la robótica --dice Iida--. El enfoque de fabricación nos permite diseñar estructuras mecánicamente inteligentes de una manera que sea altamente escalable".

"Podemos ampliar esta investigación para investigar cómo lograr tareas de manipulación aún más complejas: desarrollar robots que puedan realizar procedimientos médicos o manejar objetos frágiles, por ejemplo --plantea Hughes--. Este enfoque también reduce la cantidad de aprendizaje automático requerido para controlar la mano; al desarrollar sistemas mecánicos con inteligencia incorporada, hace que el control sea mucho más fácil de aprender para los robots".