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Robotica bio-inspirada: Aprender de la Naturaleza para los robots del futuro

Robotica bio-inspirada: Aprender de la Naturaleza para los robots del futuro

Hoy en día no existe ningún vehículo submarino con la destreza de un pez, ningún vehículo aéreo con la maniobrabilidad de un murciélago, ni ningún vehículo terrestre con la agilidad de un felino. La bio-inspiración y la bio-mimética se basan en la observación de la Naturaleza, tantos en animales como en vegetales, para crear artefactos que aprovechen soluciones que ha sido afinadas y perfeccionadas durante millones de años de evolución natural. Los campos de aplicación son muy variados, desde la arquitectura hasta la moda. En el caso de la robótica, el objetivo es diseñar robots más sencillos y seguros, con capacidades parecidas a las de los animales, y que puedan compartir su espacio de trabajo con los humanos, tanto en pequeños talleres como en nuestros hogares. 

Imagen: El robot submarino BR3 (Bio-inspired Systems Lab, UPM, 2016) imita la biomecánica de los peces: parejas de músculos artificiales antagonistas basados en aleaciones con memoria de forma se usan para doblar una estructura flexible (la “espina” del pez) para generar propulsión.

Robots de servicio

La robótica de servicios tiene el potencial de convertirse en la próxima revolución tecnológica. Podría tener impactos dramáticos en nuestra sociedad, similares a los que hemos presenciado con las comunicaciones móviles e Internet, que han cambiado la vida de las personas y creado millones de puestos de trabajo. Ya en 2007, Bill Gates predijo que “estamos en el nacimiento de una nueva industria (…) [que] bien puede cambiar el mundo”[1]. Sin embargo, esta predicción aún debe convertirse en realidad: las tecnologías necesarias aún no han producido los avances necesarios.

¡Peligro! Maquinas en movimiento

Hace pocas décadas, los robots empezaron a poblar las fábricas, inicialmente como simples accionamientos, luego como brazos mecánicos (manipuladores industriales), y, sucesivamente, como plataformas para desplazar piezas y cargas pesadas.

Formaban parte de la maquinaria industrial, relegada a zonas muy bien definidas, y sin interferencia con la actividad de los operarios humanos, ya que ello conllevaría los riesgos típicos de toda maquinaria industrial

Pero los robots empiezan a salir de las fabricas. Ya es frecuente ver “robots de servicio”, por ejemplo, en los hospitales, llevando medicamentos y materiales desde los almacenes hasta las habitaciones. Igualmente, hoy en día, ya no nos sorprende ver drones volando por la ciudad y las aspiradoras robots ya se pueden encontrar en muchos hogares.

El próximo paso serán los robots que trabajan para ayudar a los seres humanos en sus tareas diarias, tanto en talleres como en los hogares, como compañeros de trabajo y asistentes domésticos. Para ello, necesitarán capacidades de percepción e inteligencia (cognición) muy superiores a los actuales, así como mecanismos de actuación más seguros.

Respecto a los últimos, se consideren los robots humanoides más avanzados: se trata de sistemas electro-mecánicos, hechos de varios motores y cientos de engranajes. Tienen cuerpos rígidos, generalmente pesados, y son voluminosos, ruidosos y complejos. Su tecnología básica procede de las maquinas industriales.

Para que los robots puedan convivir con los seres humanos, se necesita que sean más seguros. Por ejemplo, con cuerpos, actuadores y articulaciones elásticas, de modo que cualquier choque accidental no lesione a las personas y no provoquen daños materiales.

Por esta razón los investigadores han empezado a mirar hacia la Naturaleza, con el fin de imitar o inspirarse en las soluciones que los seres vivos han desarrollado a lo largo de millones de años de adaptación a través de la evolución natural.

Biomimética & cia.

Existen muchos robots, incluso de juguete que se parecen a arañas, perros, gatos etc. En este caso se habla de “zoomorfismo”, o sea “tener forma de animal”. Los robots biomiméticos o bio-inspirados no necesariamente se parecen a animales. Los investigadores en biomimética y bio-inspiración se fijan en las funciones de órganos particulares y en la biomecánica interna de los animales para diseñar componentes y partes de robots. Así mismo, algunos investigadores se inspiran en los procesos naturales, lo cual incluye tanto los procesos bio-químicos, como la organización y la dinámica de los grupos de animales[2].

  • Zoomorfismo ➜ Parecerse a animales
  • Biomimetismo ➜ Imitar a los organismos biológicos
  • Bioinspiración ➜ Inspirarse en (¿copiar de ?) los organismos biológicos
  • Biomimickring ➜ Imitar los procesos biológicos

 El Bio-inspired Systems Lab (BSLab) del Centro de Automática y Robótica UPM-CSIC es pionero en España en este campo. El BSLab tiene su sede en la ETSII-UPM, y desde el 2009 trabaja en tecnologías de actuación alternativas y en diseños mecatrónicos inspirados en la biomecánica de los animales. En el BSLab se trabaja bajo el lema “motor-less and gear-less robots”, es decir, robots sin motores y sin engranajes ni mecanismos de transmisión mecánica complejos. Su objetivo es explorar soluciones que permitan, en el futuro, desarrollar robots más sencillos, ligeros y seguros, que puedan convivir con los seres humanos de forma segura.

http://www.disam.upm.es/crossi/Bio_Inspired_Systems_Lab/

www.car.upm-csic.es

El Prof. Claudio Rossi es profesor de la Universidad Politécnica de Madrid e investigador del Centro de Automática y robótica, centro mixto UPM-CSIC. Su trabajo se centra en robótica bio-inspirada y robótica de servicio. En 2009 fundó el Laboratorio de Sistemas Bio-inspirados (BSLab), cuyo trabajo se centra en el desarrollo de sistemas mecatrónicos y en el uso de materiales inteligentes para robots más ligeros y seguros, que puedan convivir con los seres humanos. Ha sido investigador profesor en la Universidad Carlos III de Madrid e investigador «Ramón y Cajal» en la UPM. Ha participado en varios proyectos de investigación internacionales y ha publicado más de 100 artículos en revistas científicas y congresos internacionales, sobre temas de inteligencia artificial y robótica.

 

[1] Bill Gates, “A Robot in Every Home”, Scientific American, January 2007.

[2] Sin olvidar las técnicas de inteligencia artificial inspirada en el funcionamiento del cerebro (redes de neuronas artificiales) y en la misma evolución Darwiniana (computación evolutiva).