Dennis Hong: Mis siete especies de robots.

El primer robot del que voy a hablar se llama STriDER, que significa "Robot Experimental Dinámico Trípode Auto-excitado". Es un robot de tres patas inspirado en la Naturaleza. Pero ¿alguien ha visto en la Naturaleza un animal de tres patas? Probablemente no. ¿Y entonces por qué lo llamamos robot bioinspirado? ¿Cómo puede funcionar? Pero antes de eso veamos la cultura popular. Ya conocen la novela y la película "La Guerra de los Mundos" de H.G. Wells. Y lo que ven aquí es un videojuego muy popular. En la ficción se describe a estas criaturas alienígenas como robots de tres patas que aterrorizan a la Tierra. Pero mi robot STriDER no se mueve de esta manera.

Esto es una simulación dinámica animada. Les enseñaré cómo funciona el robot: Voltea su cuerpo 180 grados, y balancea una pata entre las otras dos para detener la caída. Así es como camina. Pero si nos observamos nosotros los seres humanos, al caminar con dos piernas lo que hacemos es que en realidad no usamos un músculo para levantar así la pierna y andar como un robot, ¿verdad? Lo que de verdad hacemos es balancear una pierna y detener la caída, levantarnos de nuevo, balancear la pierna y detener la caída. Usando nuestra propia dinámica, la física de nuestro cuerpo igual que un péndulo. A este concepto lo llamamos locomoción dinámica pasiva. Lo que hacemos es levantarnos y convertir energía potencial en energía cinética energía potencial en energía cinética. Es un proceso de caída constante. Así, aunque no hay nada en la Naturaleza con este aspecto en realidad nos hemos inspirado en la biología y hemos aplicado a este robot los principios del caminar. Por tanto es un robot biológicamente inspirado.

Lo que ven aquí es lo próximo que queremos hacer. Queremos plegar las patas y dispararlo en un movimiento de largo alcance. Entonces despliega sus patas... casi parece de Star Wars. Al aterrizar amortigua el impacto y comienza a caminar. Lo que ven por aquí, esto amarillo, no es un rayo de la muerte. Es solo para ilustrar que si tienen cámaras o diferentes tipos de sensores ya que es alto, mide 1,80 metros, puede ver por encima de obstáculos como arbustos y demás.

Tenemos dos prototipos. La primera versión, al fondo, se llama STriDER I. El del frente, más pequeño, es STriDER II. El problema que tuvimos con STriDER I es que tenía un cuerpo demasiado pesado. Tenía muchos motores para alinear las articulaciones y demás. Decidimos sintetizar un mecanismo para librarnos de tantos motores, y con un único motor podemos coordinar todos los movimientos. Es una solución mecánica al problema, en lugar de emplear mecatrónica. Ahora el cuerpo central es lo bastante ligero como para caminar en el laboratorio. Este fue el primer paso que dio con éxito. Aún no es perfecto así que todavía tenemos mucho trabajo por delante.

El segundo robot del que quiero hablar se llama IMPASS: "Plataforma Móvil Inteligente con Sistema Activo Radial". Es un robot con un híbrido de ruedas y patas. Se puede entender como una rueda sin llanta o una rueda radial. pero los radios entran y salen del eje individualmente así que es un híbrido de rueda y patas. Literalmente estamos reinventando la rueda. Permítanme demostrarles cómo funciona. En este video utilizamos una estrategia que llamamos estrategia reactiva. Usando solamente los sensores en los extremos intenta caminar sobre un terreno cambiante un terreno blando que se deforma y cambia y solo con la información táctil consigue cruzar por este tipo de terreno.

Pero cuando encuentra un terreno extremo, en este caso el obstáculo mide más del triple de altura que el robot, entonces entra en modo deliberado, en el cual usa un detector láser y un sistema de cámaras para medir el obstáculo y planifica cuidadosamente el movimiento de los radios y los coordina de manera que exhibe esta movilidad tan impresionante. Probablemente no hayan visto aún nada como esto. Es un robot de muy alta movilidad que hemos desarrollado, llamado IMPASS. ¡Ah! ¿no es genial eso?

Cuando conducimos un coche para dirigirlo utilizamos un método llamado "dirección Ackermann". Las ruedas delanteras giran así. En muchos robots pequeños con ruedas se usa un método llamado "dirección diferencial" en el que las ruedas izquierda y derecha giran en sentidos opuestos. Con IMPASS podemos hacer muchos tipos de movimientos. Por ejemplo, en este caso, aunque ambas ruedas se conectan al mismo eje, rotando con la misma velocidad angular, simplemente cambiamos la longitud de los radios, el diámetro efectivo, y así gira a izquierda y derecha. Estos son solo algunos ejemplos de todo lo que podemos hacer con IMPASS.

Este robot se llama CLIMBeR (escalador) "Robot con patas de comportamiento inteligente adaptado suspendido por cable" He hablado con muchos científicos del laboratorio de Propulsores de la NASA son famosos sus vehículos exploradores de Marte y los científicos, los geólogos siempre me dicen que los lugares más interesantes para la ciencia son siempre los precipicios pero los exploradores actuales no llegan allí. Esto nos inspiró a construir un robot capaz de escalar un entorno estructurado como un precipicio

Y este es CLIMBeR. Veamos qué hace. Tiene tres patas, y aunque no se ve bien tiene un cabrestante con un cable por encima. Intenta averiguar el mejor lugar para poner un pie y cuando consigue averiguarlo calcula en tiempo real la distribución de fuerzas cuánta fuerza necesita ejercer sobre la superficie para no volcar ni resbalar. Cuando se ha estabilizado levanta una pata y con ayuda del cabrestante puede seguir escalando. También sirve para misiones de búsqueda y rescate.

Hace cinco años estuve trabajando en el laboratorio de Propulsores de la NASA durante el verano como investigador contratado y ya tenían un robot de seis patas llamado LEMUR. Y en él se basa este otro. Este robot se llama MARS. "Sistema robótico con múltiples miembros". Es un robot hexápodo. Hemos desarrollado un planificador de movimientos adaptativo. Hemos conseguido una capacidad de carga interesante. A los alumnos les gusta divertirse. Y aquí se ve... ...que está caminando por un terreno no estructurado. Intenta caminar sobre roca sólida dentro del área delimitada pero según la humedad y el grosor del grano de la arena cambia la manera en que se hunden las patas. Intenta adaptar sus movimientos para atravesar estos terrenos. Y también hace cosas graciosas. Como pueden imaginar, recibimos a muchos visitantes en nuestro laboratorio. Cuando tenemos visita, MARS se acerca al teclado y teclea "Hola, me llamo MARS" "Bienvenidos a RoMeLa" el "Laboratorio de Mecanismos Robóticos de Virginia Tech".

Este es un robot ameboide. No hay tiempo ahora para entrar en detalles técnicos pero les mostraré algunos de los experimentos. Estos son algunas de las primeras pruebas de viabilidad. Almacenamos energía potencial en la piel elástica para hacerlo moverse. O hacemos que se mueva empleando tensores activos hacia adelante y atrás. Se llama ChIMERA. También hemos trabajado con algunos científicos e ingenieros de la Universidad de Pensilvania para idear una versión accionada químicamente de este robot ameboide Hacemos esto por aquí... ...y como por arte de magia se mueve.

Este robot es un proyecto muy reciente. Se llama RAPHaEL. "Mano robótica propulsada por aire con ligamentos elásticos" Hay muchas manos robóticas realmente buenas en el mercado. El problema es que son demasiado caras, decenas de miles de dólares. Por eso no son muy prácticas para aplicaciones protésicas ya que no son asequibles. Queríamos abordar este problema de una manera diferente en lugar de usar motores eléctricos y actuadores electromecánicos usamos aire comprimido. Hemos desarrollado estos nuevos actuadores para articulaciones. Con ellos es posible cambiar la fuerza con solo cambiar la presión de aire y llega a ser capaz de aplastar una lata vacía de refresco y de sostener objetos frágiles como un huevo crudo o como en este caso, una lámpara. Lo mejor es que solo costó 200 dólares hacer el primer prototipo.

Este robot pertenece a una familia de robots serpiente que llamamos HyDRAS, "Serpiente Robótica Articulada con Hiper Grados de Libertad". Es un robot capaz de escalar estructuras. Esto es un brazo de HyDRAS. Es un brazo robótico con doce grados de libertad y lo mejor es la interfaz de usuario. Este cable de aquí es una fibra óptica y esta alumna, probablemente usándolo por primera vez, es capaz de articularlo de muchas maneras. En Irak por ejemplo, en zonas de guerra se encuentran bombas cerca de la carretera. Se suelen enviar vehículos radiocontrolados con brazos robóticos. Lleva mucho tiempo y dinero adiestrar a un operador para manejar esos brazos tan complejos y en este otro caso resulta muy intuitivo. Este otro alumno, quizás usándolo por primera vez, puede hacer manipulaciones complejas de objetos. Así de fácil, es muy intuitivo.

Y este es nuestro robot estrella. Tenemos incluso un club de fans del robot DARwIn "Robot Dinámico Antropomorfo con Inteligencia". Como saben, estamos muy interesados en robots humanoides que caminan y decidimos construir un pequeño humanoide. Eso fue en 2004. Por entonces algo así era realmente revolucionario. Era más bien un estudio de viabilidad. ¿Qué motores deberíamos usar? ¿Es acaso posible? ¿Qué tipo de control deberíamos hacer? Este modelo no tiene ningún sensor. Se controla en bucle abierto. Como muchos ya sabrán, si no tiene sensores y encuentra alguna perturbación... ya saben lo que ocurre. (Risas)

Basándonos en ese éxito, el año siguiente hicimos un diseño mecánico en serio empezando por la cinemática. Y así nació DARwIn en 2005. Se levanta, camina... impresionante. Pero todavía, como pueden ver tiene un cable, un cordón umbilical. Aún usábamos alimentación externa y computación externa.

Ya en 2006 era hora de divertirse. Démosle inteligencia. Le dimos la potencia de cálculo necesaria: Procesador Pentium M a 1,5 gigahercios dos cámaras Firewire, giróscopos, acelerómetros sensores de presión y torsión en los pies, baterías de polímero de litio... y ahora DARwIn es completamente autónomo. Ya no se controla a distancia. No hay cables. Mira alrededor, busca la pelota, sigue mirando, busca la pelota, e intenta jugar al fútbol de forma autónoma, con inteligencia artificial. Veamos qué tal le va. Este fue nuestro primer intento. y... ¡gol!

Hay una competición llamada RoboCup. No sé cuántos de ustedes conocen la RoboCup. Es un campeonato internacional de robots futbolistas autónomos. Y la meta final de RoboCup es que para el año 2050 robots autónomos humanoides de nuestro tamaño jueguen al fútbol contra los campeones del mundo humanos... ...y ganen. Esa es la meta real. Es muy ambiciosa, pero creemos que podemos conseguirlo.

Esto fue el año pasado en China. Fuimos el primer equipo estadounidense que se clasificó para la competición de robots humanoides. Esto fue este año, en Austria. Van a ver la acción, tres contra tres, completamente autónomos. ¡Así se hace, sí! Los robots se siguen la pista unos a otros y juegan en equipo entre ellos. Es impresionante. En realidad es un congreso de investigación en forma de evento competitivo, que es más divertido. Lo que ven ahí es el bello trofeo de la copa Louis Vuitton. Es un trofeo al mejor humanoide y queremos ganarlo por primera vez para los Estados Unidos el año que viene. Veremos si hay suerte. Gracias. (Aplausos)

DARwIn también tiene muchos otros talentos. El año pasado dirigió a la Orquesta Sinfónica de Roanoke para el concierto de vacaciones. Esta es la siguiente generación: DARwIn IV más inteligente, más rápido, más fuerte y está intentando demostrar sus habilidades "Soy un macho, soy fuerte". "Sé hacer movimientos de Jackie Chan, movimientos de artes marciales". (Risas) Y se va caminando. Este es DARwIn IV, podrán verlo luego en la recepción. Estamos convencidos de que será el primer robot corredor humanoide de los Estados Unidos. Estén al tanto.

Ya les he mostrado algunos de nuestros fantásticos robots. Pero ¿cuál es el secreto de nuestro éxito? ¿De dónde sacamos estas ideas? ¿Cómo desarrollamos ideas como éstas? Tenemos un vehículo completamente autónomo capaz de conducir en entorno urbano. Ganamos medio millón de dólares en el DARPA Urban Challenge. Tenemos también el primer vehículo del mundo que puede ser dirigido por un invidente. Lo llamamos el reto del conductor ciego, muy interesante. Y hay muchos otros proyectos robóticos de los que querría hablar. Estos son solo los premios que ganamos en otoño de 2007 en competiciones robóticas y cosas así.

Tenemos cinco secretos. El primero: ¿de dónde obtenemos esta inspiración, esta chispa de imaginación? Esta es una historia real, mi historia personal. Cuando me voy a la cama, a las 3 ó 4 de la mañana, me acuesto, cierro los ojos y empiezo a ver líneas y círculos y diferentes formas flotando que se ensamblan y forman mecanismos y entonces pienso "Ah, este es bueno". Junto a mi cama tengo un cuaderno, un diario con un bolígrafo que tiene una luz LED porque no quiero encender la luz y despertar a mi esposa.

Veo estos dibujos, lo garabateo todo, dibujo cosas, y me vuelvo a la cama. Cada día por la mañana lo primero que hago antes del café antes de lavarme los dientes, abro mi cuaderno. Muchas veces está vacío. A veces hay algo, a veces es un sinsentido y la mayor parte del tiempo ni yo entiendo mi propia letra ¿Qué se puede esperar a las cuatro de la mañana? Así que necesito descifrar lo que escribí. Pero a veces encuentro una idea ingeniosa y tengo un momento eureka. Corro a mi despacho, me siento ante el ordenador anoto las ideas y hago bocetos y lo guardo todo en una base de datos de ideas. Cuando recibimos una petición de propuestas busco si hay algo que coincida entre mis ideas potenciales y el problema. Si algo coincide, escribimos una propuesta de investigación, conseguimos financiación, y así empezamos nuestros proyectos de investigación.

Pero solo la chispa de imaginación no basta. ¿Cómo desarrollamos estas ideas? En RoMeLa, el Laboratorio de Mecanismos Robóticos, celebramos magníficas sesiones de tormentas de ideas. Nos reunimos, debatimos sobre problemas técnicos y sociales, y hablamos sobre todo eso. Pero antes de empezar ponemos una regla de oro. La regla es: nadie critica las ideas de otro, nadie critica ninguna opinión. Esto es crucial, porque a menudo los alumnos tienen miedo o incomodidad por lo que otros puedan pensar de ellos por sus opiniones e ideas.

Al hacerlo así, resulta sorprendente cómo los alumnos abren su mente. Tienen ideas geniales, locas, brillantes. Toda la sala se electriza de energía creativa. Y así es como desarrollamos nuestras ideas.

Nos queda poco tiempo. Una cosa más que quiero decir es que solo la chispa de la idea y su elaboración no bastan. Hubo un momento genial en TED creo que era Sir Ken Robinson, ¿no? Dio una charla sobre cómo la educación y la escuela matan la creatividad. En realidad esa historia tiene dos caras. Hay un límite en lo que se puede hacer solo a base de ideas ingeniosas, creatividad y buena intuición de ingeniero. Si queremos hacer algo más que cacharrear, si queremos ir más allá de una mera afición a la robótica y abordar los grandes retos de la robótica mediante investigación rigurosa, necesitamos más que eso. Aquí es donde entra la escuela.

Batman, cuando pelea contra los malos, tiene su cinturón de armas, tiene un gancho arrojadizo, tiene toda clase de artilugios. Para nosotros los robóticos, ingenieros y científicos estas herramientas son las asignaturas que se estudian en clase. Matemáticas, ecuaciones diferenciales, álgebra lineal, ciencias, física, incluso, hoy en día, química y biología, como ya han visto. Estas son las herramientas que necesitamos. Y cuantas más herramientas tengamos, como Batman, más efectivos seremos peleando contra los malos. Tendremos más herramientas para atacar a los problemas grandes. Por eso la educación es muy importante.

Pero no se trata solamente de eso. También hay que trabajar muy, muy duro. Siempre digo a mis estudiantes: primero trabaja con astucia y luego esfuérzate. Esta foto se tomó a las tres de la madrugada. Les aseguro que si vienen a las tres o cuatro de la mañana tenemos alumnos trabajando allí, y no porque yo se lo mande, sino porque nos estamos divirtiendo. Lo que me lleva al último asunto: no olviden divertirse. Ese es el secreto de nuestro éxito. Nos divertimos muchísimo. Estoy convencido de que la máxima productividad llega cuando uno se divierte. Y eso es lo que estamos haciendo. Eso es todo. Muchas gracias. (Aplausos)