NASA despliega inteligencia robótica para empoderar astronautas e industria

Ser astronauta no siempre es glamuroso. Los tripulantes en la estación espacial pasan aproximadamente un tercio de su tiempo simplemente transportando carga desde cápsulas de reabastecimiento y llevando bolsas de basura de vuelta, dijo Shaun Azimi, quien lidera el equipo de Robótica Diestra en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. Y eso con una tripulación a tiempo completo de siete personas.

A medida que la NASA planea estancias prolongadas de astronautas en y alrededor de la Luna en las misiones Artemis posteriores, la agencia quiere que los robots asuman algunos de estos trabajos serviles, liberando a los tripulantes para hacer más de la ciencia y exploración para la que están allí. El problema es que, mientras los robots de ciencia ficción a menudo pasan por humanos, desarrollar robots del mundo real —que se parecerían más a brazos articulados de seis juntas— para realizar incluso las tareas humanas más simples es excesivamente complicado.

El reto de la manipulación robótica

"La manipulación robótica históricamente es como un gran brazo en una fábrica moviendo el chasis de un coche de una cinta transportadora a otra", dijo Ezra Brooks, Ingeniero Principal de Software en PickNik Inc., señalando que no se necesita inteligencia para repetir este conjunto de acciones preprogramadas una y otra vez.

Hacer que un robot reconozca un objeto en un entorno no estructurado, se acerque a él, y realice alguna operación con él es un trabajo totalmente diferente y mucho más difícil. Este es el reto que Boulder, CO-based PickNik está superando, con ayuda de la agencia espacial.

Colaboración con NASA Johnson

Por ejemplo, la empresa trabajó con roboticistas en Johnson para probar software que permitía a un robot reconocer una escotilla en una nave espacial —incluyendo su pestillo, manija y bisagras—, luego girar el pestillo, agarrar la manija y abrir la puerta.

Solo planificar el movimiento desde una configuración inicial de las juntas en un brazo robótico a una configuración final que lo prepare para la siguiente acción "requiere matemáticas muy ingeniosas y mucha potencia de CPU", dijo Brooks. "Luego, una vez que estás ejecutando esa trayectoria, el software le dice al robot todos los movimientos minúsculos que necesita hacer. Quizás más de 1.000 veces por segundo, envía órdenes diciendo: mueve esta junta a esta velocidad o muévete a esta posición ligeramente diferente". Un algoritmo de retroalimentación de fuerza permite al robot saber cuándo ha agarrado el pestillo, y un algoritmo de control determina cuánta fuerza usa el robot para girarlo.

De la Luna a la Tierra: aplicaciones comerciales

Aunque queda mucho trabajo para preparar robots para operaciones lunares, el software que PickNik desarrolló con ayuda de la NASA ya encuentra aplicaciones en la Tierra.

El trabajo en Johnson, financiado bajo el programa de Investigación de Innovación en Pequeñas Empresas (SBIR), se realizó en el nuevo Banco de Pruebas Integrado de Evaluación Móvil para Operaciones de Robótica (iMETRO). Allí, el equipo también demostró la capacidad del software para hacer que el brazo levante bolsas de transferencia de carga del tipo usado en la Estación Espacial Internacional dentro y fuera de la escotilla y un contenedor de almacenamiento, anticipando futuras asignaciones de robots en Artemis.

El software que PickNik probó con Azimi, ahora conocido como MoveIt Pro, se había desarrollado bajo financiación SBIR de la NASA y la Fuerza Espacial, y otros contratos SBIR de la NASA han ayudado a refinar su interfaz de usuario y mejorar su autonomía y capacidad de recuperación ante fallos.

Misiones Artemis y estaciones espaciales comerciales

Las primeras misiones Artemis serán cortas, pero eventualmente, tripulaciones de cuatro personas podrían pasar un mes al año en la Luna y en una estación espacial en órbita lunar, llamada Gateway. Durante los otros 11 meses, Azimi dijo, los robots podrían cargar y descargar suministros y realizar trabajos simples de inspección y mantenimiento, permitiendo a la siguiente tripulación aprovechar al máximo su estancia. "Me gusta verlo como una forma de maximizar el valor del dinero que gastamos en llevar humanos a la superficie lunar", dijo.

Señaló que los mismos robots podrían servir roles similares en estaciones espaciales comerciales que un puñado de empresas están construyendo para órbita baja terrestre, que también probablemente solo tendrían tripulación a tiempo parcial.

Base comercial terrestre financiando desarrollo espacial

Por ahora, Azimi dijo, PickNik está construyendo una base de clientes comerciales en la Tierra, lo que ayuda a financiar el desarrollo del producto y hacerlo sostenible. "Así que nuestro desarrollo a través de SBIRs de la NASA se centra en las brechas entre ese caso de uso terrestre y el caso de uso espacial". Por ejemplo, la comunicación inconsistente entre la Tierra y la Luna requerirá robots más independientes. Y la capacidad de arreglar remotamente cualquier problema que surja será mucho más importante cuando los operadores humanos estén a 240.000 millas. Pero todas estas capacidades también son útiles en la Tierra.

Casos de éxito comercial

Brooks dijo que la empresa de 35 personas podría no haber desarrollado un producto comercial sin la financiación temprana de la NASA. En robótica, dijo, "tienes que hacer años y años de investigación y desarrollo iterativo intentando refinar algoritmos y haciendo ciencia seria para llegar a un punto donde incluso tendrías un producto distinto que pudieras vender". La NASA financió gran parte de ese trabajo fundamental.

Y, dijo, ayuda trabajar con una de las organizaciones de robótica más prestigiosas del mundo. "Trabajar con la NASA es realmente gratificante desde la perspectiva de poder zambullirse en el fondo de problemas realmente difíciles en los que casi nadie más se está topando aún".

De hecho, Brooks se topó con algunos de esos problemas como contratista de la NASA trabajando en la misión 1 de Servicio, Ensamblaje y Fabricación en Órbita de la agencia, un ambicioso proyecto de robótica que acabó cancelado un par de años después de que él se fuera a PickNik. Dijo que el trabajo le ayudó a prever y abordar desafíos contra los que el equipo de MoveIt se encontraría.

Todo el desarrollo de software financiado por la NASA ya se ha incorporado a MoveIt Pro, el producto estrella de la empresa, dijo Brooks. Lanzado en 2023, el software ha encontrado una base de clientes significativa. BMW lo usa para aportar más inteligencia a sus líneas de ensamblaje robóticas, y automatiza demostraciones de brazos robóticos en los vestíbulos de dos centros de aprendizaje de Amazon Web Services.

Una empresa llamada Lightspeed usa MoveIt Pro para programar enormes brazos robóticos que construyen "paneles" de paredes, techos y suelos en un intento de abordar la escasez nacional de vivienda asequible. Y PickNik personalizó el software para ayudar a Hivebotics de Singapur a automatizar su producto estrella, un robot limpiador de baños llamado Abluo.

Hacia la automatización robótica en el espacio

Para que MoveIt Pro pueda algún día automatizar robots en el espacio, Brooks dijo que ingenieros y agencias espaciales necesitarán hacer mucho trabajo para generar confianza en la inteligencia robótica para misiones espaciales. "Es mucho más complicado que realmente cualquier otro software que haya volado al espacio".

Pero Azimi dijo que la recompensa valdrá el esfuerzo. Robots capaces de trabajo logístico probablemente podrían hacer mantenimiento de instalaciones e incluso mantener experimentos científicos en marcha mientras la tripulación está fuera, dijo. "Cualquier cosa que los robots puedan hacer en esos 11 meses, estás por delante de donde estarías si no tuvieras esa capacidad en absoluto".

Para más información, visite aquí.