Robots que sienten lo que tocan

Hace muchos años, la famosa antropóloga Ashley Montagu escribió que “la comunicación que transmitimos a través del tacto es el medio más poderoso para establecer relaciones humanas”. Sin embargo, aquí están, a principios de mayo de 2023: un grupo de investigadores de la Universidad de Bolonia que se esfuerza por llevar el sentido del tacto a una máquina. Para ello, emplean dos tecnologías para dotar a una mano robótica de dos tipos diferentes de sensibilidad. El primero, un poco más tosco, cubrirá la mayor parte de la superficie de la palma, y ​​el segundo proporcionará información mucho más rica y completa sobre la firmeza, rugosidad o tersura de los objetos. Este último se transmite por la punta de los dedos y el aparato se ubicará precisamente en esta zona.

Hoy, en el Laboratorio de Robótica de la Facultad de Ingeniería, la investigadora predoctoral Alessandra Bernardini no solo trabaja con inmensa paciencia para explicar a los visitantes cómo funciona todo, sino que se adjuntan pequeños sensores hemisféricos, hechos de un material maleable similar al caucho, que alimentan la computadora. información sobre las propiedades del objeto que contiene, pero también está dispuesta a renunciar a dos de las fresas que trajo para el almuerzo para acompañar la demostración. A medida que la mano robótica aprieta la fruta roja, los fototransmisores de los sensores transforman las perturbaciones en la goma en datos que se muestran en la pantalla como gráficos de líneas que se mueven juntos y por separado.

Junto a ella, Roberto Meattini, otro integrante del equipo, continúa con la manifestación. Después de que una estructura rectangular se sujeta de forma segura a su muñeca derecha (en un extremo hay un orificio para insertar la mano y en el extremo opuesto se conecta el prototipo robótico), comienza a retraerse y extender los dedos lentamente. Con la ayuda de Bernardini a los mandos del ordenador, va enseñando a la prótesis a leer los movimientos de los músculos del antebrazo que dirigen los movimientos de su mano, para que luego los repita. Una pulsera colocada un poco por debajo del codo recoge y transmite esta información al robot a través de sensores inalámbricos.

Los dos ingenieros, acompañados de media docena de colegas y bajo la dirección del profesor Gianluca Palli, están dando los primeros pasos en el proyecto IntelliMan. Este proyecto, formado por un consorcio de 13 universidades, empresas y centros de investigación de seis países europeos, tiene como objetivo desarrollar un nuevo sistema de manipulación impulsado por inteligencia artificial que permita a los robots (ya sean prótesis como la mano que se muestra arriba o máquinas independientes) aprender tanto del entorno como de su interacción con las personas. La Comisión Europea ha elegido el proyecto entre las 42 mejores iniciativas de inteligencia artificial y robótica lanzadas como parte del programa Horizon Europe, el plan de investigación e innovación insignia del continente. Han sido seleccionados por su potencial para "mejorar la sociedad en la que vivimos abordando retos tecnológicos relevantes", según el documento que recopila las iniciativas. Entre las elegidas se encuentran propuestas que van desde un gran centro que intentará garantizar la seguridad en la investigación de inteligencia artificial hasta ideas para la recuperación de agua, el reciclaje o el desarrollo de drones para apoyar a los trabajadores de campo y empleados de mantenimiento de infraestructuras en lugares peligrosos.

Respecto a IntelliMan, el profesor Palli explica en su despacho de la histórica ciudad italiana qué beneficios intentarán obtener de los 4,5 millones de euros (4,8 millones de dólares) que recibirán de la Comisión entre septiembre de 2022 y febrero de 2026. En primer lugar, su objetivo es crear prótesis que permitan a sus dueños realizar fácilmente actividades cotidianas, como sostener un vaso o abrir una puerta o un cajón. El siguiente paso será transferir estas características a una máquina autosuficiente que pronto podría convertirse en un asistente doméstico robótico que enciende el lavavajillas por sí mismo o limpia la mesa después de una comida. La idea es que puedan interactuar con la gente, pero nadie debe esperar poder chatear con ellos todavía. El objetivo es enseñarles nuevas tareas, mostrándoles cómo hacer algo una vez, para que puedan repetirlo después, pero también hacerlos capaces de adaptar ese trabajo adquirido a un contexto cambiante. Por ejemplo, un obstáculo en el camino que antes no estaba, como un objeto más resbaladizo que el anterior.

Para que esto suceda, requieren el sentido de la vista, que se puede resolver con cámaras y sensores, y el sentido del tacto, que es más desafiante, en el que están trabajando. Pero no se trata sólo de dotarla a la máquina, sino también, en el caso de las prótesis, de permitir que la persona que la utiliza también la sienta, de alguna manera: "Por ejemplo, estamos trabajando en la transmisión de la fuerza de agarre por mediante motores vibrotáctiles, que son pequeños motores que vibran a diferente amplitud de frecuencia [dependiendo de si esa fuerza es mayor o menor]", explica Meattini, de vuelta en el laboratorio. "Es algo que aún no pueden hacer ni las prótesis más avanzadas del mercado", añade.

Los investigadores trabajan en un espacio repleto de ordenadores y modernos prototipos de maquinaria de última generación, pero también hay numerosos cables, cartones, unos cuantos rollos de cinta aislante y un gran armario metálico del que los ingenieros sacan todo tipo de de herramientas grandes, medianas y pequeñas. Junto a este mundo de tecnología ultramoderna, blanca y aséptica, de formas armoniosas y redondeadas que presiden nuestro imaginario colectivo, este laboratorio sirve como recordatorio de que el progreso, al menos parte de él, todavía ocurre en lugares atestados de enchufes y ángulos de pellizco. , con objetos que deben ensamblarse y probarse una y otra vez para descubrir cómo hacerlos funcionar. Estos son lugares donde los estudiantes, los estudiantes de doctorado, los investigadores en ciernes y los investigadores experimentados se mezclan, trabajando en proyectos simultáneos que convergen y, a veces, se superponen. Quizás precisamente por todo esto, es fundamental desglosar cada objetivo en tareas más pequeñas para que sean manejables y avanzar paso a paso, pero con paso firme, hacia el resultado final.

Ahora mismo, para IntelliMan, los ingenieros que componen el grupo boloñés están centrados en intentar entender cómo funciona una empuñadura robótica: “Primero hay que llegar al objeto, luego establecer contacto y entender el contexto que lo rodea para saber si o no. puedes aumentar la fuerza de agarre", explica Meattini. Esto se puede hacer de varias maneras, la más común de las cuales es crear modelos matemáticos que describan cómo se puede emprender y repetir el proceso sin fallar. "El problema con esto es que, en teoría, funciona perfectamente, pero en la vida real no sabes exactamente dónde tocará, cómo lo hará. Es por eso que estamos trabajando en un enfoque diferente. Es es inteligencia artificial basada en probabilidades, para que podamos tomar las medidas del sensor y mapearlas en nuestro modelo probabilístico y dejar que nos diga cómo debe ser el agarre. El mundo real es probabilístico, no es como una fórmula”, agrega el investigador .

Este mundo real, con sus fallas, sus escollos imprevistos y sus soluciones inusuales, juega un papel importante en esta investigación. Toma la forma de trabajadores de fábricas que comparten los secretos ocultos de sus tareas diarias y amputados que les dicen a los científicos exactamente qué necesitan de una prótesis para que sea realmente útil y no les estorbe (el centro de rehabilitación especializado operado por el Instituto Nacional de Accidentes del gobierno italiano). Prevención cerca de Bolonia, en Budrio, pertenece al consorcio). Pero la idea de buscar enfoques diferentes para viejos problemas también está muy presente; de ​​hecho, está en la base de todo este esfuerzo colectivo. Por ejemplo, la máquina no solo detecta lo que sucede a su alrededor, sino que, sobre todo, sabe qué hacer a continuación con esta información. Esto es algo que están tratando de resolver “combinando dos enfoques que ahora están completamente establecidos, pero cuya conexión todavía estamos investigando”, señala Palli. Y se detiene en la explicación, porque es una de las grandes particularidades de su proyecto.

Por un lado, están los enfoques más clásicos, que consisten en mapear y preconfigurar toda la actividad que realizará el robot en el tiempo y el espacio, es decir, que recogerá un objeto específico en un punto y lo dejará en otro. otro. “Es difícil poner en práctica estas soluciones si no se tiene la información completa del contexto en el que se está operando”, señala. Esto es simplemente imposible dada la imprevisibilidad de la vida cotidiana y la interacción con las personas. Lo que nos lleva al segundo enfoque posible, el crucial del aprendizaje automático y la inteligencia artificial: recopilar una gran cantidad de información de contexto que se alimenta a la máquina a través de millones de ejemplos para que aprenda cómo se hace algo. Esto también conlleva una gran limitación, según Palli: requiere tal riqueza de evidencia, tal riqueza de datos, que puede ser posible recopilarlos si estás investigando, por ejemplo, en el campo de la economía, donde hay innumerables referencias disponibles. Pero para una aplicación robótica como la que contemplan, no existe y no está al alcance de la mano, ya que recopilar esta información es demasiado costoso: requiere tiempo, equipo, etc.

“En cierto modo, estamos tratando de definir el modelo del robot y, sobre la base de muy pocos experimentos, recopilar suficientes datos para adaptar el modelo a las condiciones reales del entorno. Pero también queremos al ser humano, la persona, estar presente activamente en este entorno, interactuar con él y también educarlo”, resume el coordinador del proyecto.

Palli, de 46 años, habla con la seguridad de quien lleva varias décadas buscando soluciones para crear robots más completos e independientes. Lo hace desde una institución que fue pionera en este campo, concretamente en el desarrollo de manos robóticas antropomórficas que serían cada vez más fiables, sencillas y económicas. Su historia puede revisarse a través de los prototipos expuestos en varias vitrinas en el laboratorio de robótica de la universidad. Desde el primero, financiado en 1988 por IBM Italia —un dispositivo rudimentario con dos dedos paralelos y un pulgar opuesto controlado por músculos artificiales, tendones accionados por varios motores y un sistema de calculadoras y equipos electrónicos— hasta uno de los más recientes: una mano robótica, movida por un sofisticado brazo con transmisión por tendón de cuerda trenzada, con la que los investigadores han comenzado a dar los primeros pasos hacia la introducción de sensores táctiles. Además de esta base de conocimientos previa, gracias a todo lo que se logró, pero también por todo lo que se descartó en el camino, ahora nos dirigimos a una nueva generación.

Sin embargo, el proyecto encabezado por Palli va mucho más allá de la mano robótica y las prótesis en su conjunto. No solo están trabajando en robots domésticos, sino también en aplicaciones para diferentes industrias. Por un lado, están colaborando con la cadena de supermercados online del Reino Unido Ocado en un robot capaz de sacar fruta de una caja grande para colocarla en otras más pequeñas. Para ello, es necesario poder cambiar la fuerza de agarre en función de si el robot manipula manzanas, naranjas o fresas. Además, están abordando algo aún más difícil para la industria del automóvil (la empresa eslovena de componentes Elvez es otro socio del consorcio): ensamblar cables y conectores, es decir, materiales deformables cuyo manejo requiere una gran destreza.

Se están moviendo hacia esto. Y el próximo avance dependerá de derribar barreras en muchos campos de la ciencia. Estos van desde las matemáticas, para representar mejor el plan preasignado de los robots y cómo percibe su entorno, hasta desarrollos tecnológicos paralelos: los sensores táctiles aún están en proceso de avance y mejora. Sin embargo, Palli está particularmente preocupada por cómo podría desarrollarse la interacción entre la máquina y el ser humano, y para este propósito, el proyecto cuenta con el apoyo de un equipo de psicólogos.

El papel que asumirá el tacto en este camino dependerá en gran medida de su desarrollo, que por el momento es todavía muy rudimentario. Sin embargo, no debemos olvidar las palabras de la antropóloga británica estadounidense Ashley Montagu sobre el poder de este sentido, quizás el más complejo de todos, para la comunicación humana. En su libro clásico Touching: The Human Significance of the Skin, el profesor de la Universidad de Princeton que falleció en 1999 también hizo afirmaciones como estas: "En la evolución de los sentidos, el tacto fue sin duda el primero en existir. El tacto es el padre de nuestros ojos, oídos, nariz y boca. [...] como señaló Bertrand Russell hace algún tiempo, es el sentido que nos da un sentido de la realidad. No solo nuestra geometría y nuestra física, sino toda concepción de lo que existe más allá nosotros se basa en el sentido del tacto".

"Estoy de acuerdo en que el tacto será cada vez más importante, porque es lo que cambia totalmente el juego cuando interactúas con los objetos y el entorno. Creo que realmente desbloqueará la capacidad de los robots para interactuar con el entorno de manera efectiva", cree Palli. Sin embargo, de momento, lo que él y su equipo proponen para que la relación entre humanos y máquinas funcione bien es una especie de autonomía compartida. De esta forma, la persona que comienza a interactuar con la máquina la trata como un niño al que hay que enseñar y poco a poco se le va dando más libertad para tomar sus propias decisiones. “Eso significa que el robot parte de un punto en el que depende totalmente del humano, porque no sabe cómo hacer las cosas. El humano le enseñará qué hacer, lo que le da más autonomía al robot, porque será poder hacerlo de forma independiente a partir de ahora", explica el investigador. Este proceso también desarrollará la confianza de la persona en el robot.

Cuando a Roberto Meattini se le pregunta en un entorno social a qué se dedica, suele optar por la versión corta: "Trabajo en la interacción robot-humano; estudio cómo conectar humanos con robots y viceversa". Porque insiste en que no se trata de crear robots, sino de esa relación, que sustenta esencialmente los fundamentos teóricos de las principales disciplinas de la ingeniería de sistemas automáticos con las que trabajan. En la tesis doctoral del ingeniero se refirió al robot de juguete que sus padres le compraron en su quinto cumpleaños. También está convencido de la importancia del tacto en el camino hacia la mejora: "La capacidad de sentir y responder al tacto facultará a los robots no solo para realizar mejor las tareas de manipulación y las operaciones autónomas, sino también para comprender las intenciones humanas y atender las necesidades humanas, por lo tanto lo que lleva a interacciones más intuitivas y efectivas".

Esto ciertamente suena bien. Pero llegados a este punto, aunque a primera vista estamos hablando de robots con habilidades básicas, es inevitable enfrentarse a los temores que surgen cada vez más sobre las posibles consecuencias no deseadas del desarrollo de la inteligencia artificial. Después de todo, estos son robots que son capaces de aprender cosas nuevas. "Aplicamos principios éticos a todas nuestras investigaciones", dice Palli cuando se le hace la pregunta. Pero, ¿vislumbran la idea de transmitir algún tipo de ética a los robots? “No, en principio no, no estamos trabajando en eso. Estamos trabajando en seguridad, para que todas las tareas que ellos realicen se hagan con seguridad”, responde, antes de agregar: “Podríamos decir que estamos trabajando en un núcleo ético requisito."

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