Este nuevo robot bípedo puede caminar y volar, pero es la combinación de estas dos habilidades lo que realmente lo distingue como máquina futurista.
Con ustedes, LEONARDO. LEO para abreviar. El nombre es un acrónimo de LEgs ONboARD drone, que describe de manera insuficiente a este robot. Los ingenieros de Caltech que construyeron LEO no solo colocaron un par de patas robóticas en un dron aéreo, tuvieron que diseñarlo pensando tanto en caminar como en volar y desarrollar software especializado para integrar sus diversos componentes.
LEO sigue siendo un prototipo, una especie de prueba de concepto para ver si un robot volador bípedo puede realizar tareas que de otro modo serían difíciles o imposibles de realizar para los robots terrestres o los drones aéreos por sí mismos. En el futuro, una versión completa podría encargarse de trabajos difíciles o peligrosos, como inspeccionar y reparar infraestructura dañada, instalar nuevos equipos en lugares de difícil acceso o atender desastres naturales y accidentes industriales. En el futuro, un robot similar a LEO podría incluso transportar equipos delicados a la superficie de un cuerpo celeste, como Marte o la luna de Saturno, Titán. Y lo más inquietante: el ágil robot volador bípedo podría usarse también en defensa o en la guerra.
Los atributos tipo ciencia ficción de LEO no son un accidente. En un correo electrónico, el equipo me dijo que se inspiraron en el robot humanoide volador ficticio Astro Boy y los trajes a reacción tipo Iron Man construidos por Richard Browning, de Gravity Industries. Pero, en última instancia, el propósito del proyecto era estudiar la intersección entre caminar y volar desde una perspectiva dinámica y de control y crear “una capacidad de caminar sin precedentes, resolviendo los problemas planteados por la locomoción híbrida”, como explicó el equipo en un video. El equipo de Caltech también espera construir un tren de aterrizaje adaptable para despegues y aterrizajes verticales (VTOL) en terrenos difíciles.
La naturaleza descubrió este truco hace mucho tiempo, con aves, murciélagos, insectos y otros muchos organismos que pueden cambiar entre estos dos modos de locomoción. Proporciona una clara ventaja evolutiva. Los robots, por otro lado, tienden a ser especializados y capaces de moverse solo en una de estas dos formas. Hay ventajas y desventajas en esto: Los robots terrestres son firmes, robustos y capaces de transportar cargas pesadas, pero lo pasan mal en terrenos difíciles y no pueden llegar a lugares altos. Los drones aéreos son altamente móviles y capaces de volar en todo tipo de entornos, pero no pueden permanecer en el aire por mucho tiempo debido a las altas demandas de energía del vuelo, y son malos para realizar tareas de manipulación fina. De ahí el deseo de crear una máquina que pueda aprovechar lo mejor de ambos mundos.
Para lograr el equilibrio en el suelo y la agilidad en el aire, LEO tuvo que diseñarse cuidadosamente. Kyunam Kim, Soon-Jo Chung, Elena-Sorina Lupu y Patrick Spieler explican en un correo electrónico que esto requirió componentes robustos pero ligeros, además de algoritmos para el control de cuatro hélices de y las articulaciones de las piernas “de manera sincrónica para asegurar que LEO camina o vuela sin perder el equilibrio”. Los dos dominios dispares “no suelen estar entrelazados en los sistemas robóticos existentes, y tuvimos que abordar un amplio conjunto de problemas de ingeniería que no fueron bien estudiados en otros sistemas robóticos”, agregaron. Un artículo de investigación que describe este trabajo se ha publicado hoy en Science Robotics.
LEO pesa solo 2,58 kg y mide 75 cm de altura. Como un pájaro, el robot usa sus delgadas patas articuladas para empujar el suelo y obtener impulso durante el despegue. Los propulsores eléctricos inclinados de LEO, las cuatro hélices, están sincronizadas con estos saltos. LEO camina como si tuviera tacones altos, pero estos tacones permiten una posición equilibrada; sin embargo, si las condiciones lo justificaran, las hélices de LEO siempre podrían activarse para garantizar una mayor estabilidad. Las baterías, los sensores y la potencia de procesamiento requerida están empaquetados en el torso del robot, lo que permite una autonomía total y sin cables.
“Observamos que la optimización del consumo de energía de LEO no fue una prioridad en este trabajo”, explicó el equipo en su correo electrónico. “En cambio, nos centramos en una amplia gama de capacidades”.
En las pruebas, LEO cambió de la caminata al vuelo ágilmente, de manera que pudo evitar obstáculos desafiantes y realizar tareas difíciles en las que se necesitaba equilibrio, como montar en skate y andar sobre un slackline. El diseño de LEO le permitió “caminar de forma bípeda dinámica con una compleja interacción con el suelo, al tiempo que preservaba el rendimiento de vuelo de un vehículo multirrotor”, como escribió el equipo en su correo electrónico. El equipo afirma que LEO es el primer robot bípedo en realizar slacklining, aunque con la ayuda de sus hélices.
Con el poder combinado de caminar y volar, el equipo espera que se pueda hacer una amplia gama de misiones robóticas, como la inspección de líneas de alto voltaje y la monitorización de puentes altos. Estos bots podrían inspeccionar infraestructura obsoleta, trabajar en escenarios de desastres e incluso explorar mundos distantes.
En un artículo de Focus, Stefano Mintchev, investigador del Departamento de Ciencia de Sistemas Ambientales de ETH Zurich, dijo que las habilidades de LEO tienen sus desventajas:
Las hélices están inclinadas para ser más efectivas en la estabilización de la marcha de LEO, pero esta elección reduce su eficiencia durante el vuelo. Para minimizar el peso que debe levantarse, las piernas son delgadas y tienen poca potencia. LEO necesita apoyo constante de las hélices mientras camina, lo que hace que tenga más hambre de energía que un robot puramente terrestre ... [El] alcance de estas desventajas y, por lo tanto, qué tan cerca está un robot multimodal de un robot puramente terrestre o aéreo, depende de las opciones de diseño. Minimizar las desventajas sigue siendo un desafío abrumador.
Mintchev, que no participó en el nuevo estudio, ofreció su consejo al equipo y dijo que deberían seguir inspirándose en la naturaleza. Señaló a las serpientes voladoras, que aplanan sus cuerpos para mejorar el deslizamiento.
Sin duda, hay margen de mejora, pero LEO es el primero de una nueva generación de robots. Con Astro Boy como inspiración clave, estos científicos todavía tienen un largo camino por recorrer.
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