La NASA implementa inteligencia robótica para empoderar a los astronautas y la industria

MoveIt Pro de PickNik, desarrollado en parte con financiación y ayuda de la NASA, automatiza demostraciones de brazos robóticos en los vestíbulos de dos centros de aprendizaje de Amazon Web Services. (Imagen:PickNik Inc.)

Ser astronauta no siempre es glamoroso.

Los miembros de la tripulación de la estación espacial pasan alrededor de un tercio de su tiempo simplemente transportando carga desde las cápsulas de reabastecimiento y sacando bolsas de basura, dijo Shaun Azimi, quien dirige el equipo de Dexterous Robotics en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. Y eso con un equipo de siete personas a tiempo completo.

Mientras la NASA planea estancias prolongadas de astronautas en la Luna y sus alrededores en las últimas misiones Artemis, la agencia quiere que los robots se hagan cargo de algunos de estos trabajos menores, liberando a los miembros de la tripulación para que puedan hacer más ciencia y exploración para las que están allí. El problema es que, si bien los robots de la ciencia ficción a menudo pueden pasar por humanos, desarrollar robots del mundo real (que probablemente se parecerían a brazos móviles de seis articulaciones) para llevar a cabo incluso las tareas humanas más simples es extremadamente complicado.

Hivebotics en Singapur está utilizando una versión personalizada de MoveIt Pro para automatizar su producto estrella, un robot de limpieza de baños llamado Abluo. (Imagen:PickNik Inc.)

"Históricamente, la manipulación robótica es como un gran brazo en una fábrica que mueve el chasis de un automóvil de una cinta transportadora a otra", dijo Ezra Brooks, ingeniero principal de software de PickNik Inc., y señaló que no se necesita inteligencia para repetir este conjunto de acciones preprogramadas una y otra vez.

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

Por ejemplo, la empresa trabajó con expertos en robótica de Johnson para probar un software que permitía a un robot reconocer una escotilla en una nave espacial (incluidos su pestillo, manija y bisagras) y luego girar el pestillo, agarrar la manija y abrir la puerta.

La interfaz de usuario del software de control robótico MoveIt Pro de PickNik Robotics muestra el trabajo que la empresa realizó con el fabricante de automóviles BMW para hacer que los robots de la línea de montaje sean más capaces de afrontar situaciones inesperadas. (Imagen:PickNik Inc.)

Simplemente planificar el movimiento desde una configuración inicial dada de las articulaciones en un brazo robótico hasta una configuración final que lo prepara para la siguiente acción "requiere algunas matemáticas muy inteligentes 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. Tal vez más de 1.000 veces por segundo, envía comandos que dicen:mueve esta articulación a esta velocidad o muévete a esta posición ligeramente diferente". Un algoritmo de retroalimentación de fuerza le permite al robot saber cuándo ha agarrado el pestillo y un algoritmo de control determina cuánta fuerza utiliza el robot para girarlo.

Si bien queda mucho trabajo por hacer para preparar robots para operaciones lunares, el software desarrollado por PickNik con la ayuda de la NASA ya está encontrando aplicaciones en la Tierra.

El trabajo en Johnson, financiado bajo el programa de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas (SBIR), se llevó a cabo en el nuevo banco de pruebas de evaluación móvil integrada para operaciones robóticas (iMETRO) del centro. Allí, el equipo también demostró la capacidad del software para hacer que las bolsas de transferencia de carga con brazo elevador, como las utilizadas en la Estación Espacial Internacional, entren y salgan de la escotilla y de un contenedor de almacenamiento, en anticipación de futuras asignaciones de robots Artemis.

El software que PickNik probó con Azimi, ahora conocido como MoveIt Pro, se desarrolló con financiación SBIR de la NASA y la Fuerza Espacial, y otros contratos SBIR de la NASA han ayudado a perfeccionar su interfaz de usuario y mejorar su autonomía y capacidad para recuperarse de fallas.

Las primeras misiones de Artemis serán cortas, pero eventualmente, tripulaciones de aproximadamente 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, dijo Azimi, los robots podrían cargar y descargar suministros y realizar trabajos sencillos de inspección y mantenimiento, permitiendo que la siguiente tripulación aprovechara al máximo su estancia. "Me gusta verlo como una forma de maximizar el valor del dinero que gastamos para llevar a los humanos a la superficie lunar", dijo.

Señaló que los mismos robots podrían desempeñar funciones similares en estaciones espaciales comerciales que un puñado de empresas están construyendo actualmente para la órbita terrestre baja, y que probablemente también contarían con tripulación a tiempo parcial.

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

En el banco de pruebas de evaluación móvil integrada para operaciones robóticas del Centro Espacial Johnson, el software de control robótico PickNik demostró su destreza en tareas como pasar bolsas de transferencia de carga a través de una escotilla y colocarlas en contenedores de almacenamiento, en anticipación del trabajo que a la NASA le gustaría que llevaran a cabo los robots durante las misiones Artemis posteriores. (Imagen:NASA)

Brooks dijo que la empresa de 35 personas tal vez no habría desarrollado un producto comercial sin la financiación temprana de la NASA. En robótica, dijo, "hay que hacer años y años de investigación y desarrollo iterativo para tratar de refinar algoritmos y hacer ciencia seria para llegar a un punto en el que incluso se pueda tener un producto distinto que se pueda vender". La NASA financió gran parte de ese trabajo fundamental.

Y, dijo, ayuda trabajar con una de las principales organizaciones de robótica del mundo. "Trabajar con la NASA es realmente gratificante desde la perspectiva de poder sumergirse en el fondo de problemas realmente difíciles con los que casi nadie más se ha topado todavía".

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

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

Una empresa llamada Lightspeed está utilizando MoveIt Pro para programar enormes brazos robóticos que construyen “paneles” de paredes, techos y pisos en un intento de abordar la escasez nacional de viviendas asequibles. Y PickNik personalizó el software para ayudar a Hivebotics de Singapur a automatizar su producto estrella, un robot de limpieza de baños llamado Abluo.

Sin embargo, para que MoveIt Pro algún día automatice robots en el espacio, Brooks dijo que los ingenieros y las agencias espaciales tendrán que trabajar mucho para generar confianza en la inteligencia robótica para las misiones espaciales. "Es mucho más complicado que cualquier otro software que jamás se haya enviado al espacio".

Pero Azimi dijo que la recompensa valdrá la pena. Los robots capaces de realizar trabajos logísticos probablemente podrían realizar el mantenimiento de las instalaciones e incluso mantener en marcha los experimentos científicos mientras la tripulación está fuera, dijo. "Cualquier cosa que los robots puedan hacer en esos 11 meses, estás por delante de lo que estarías si no tuvieras esa capacidad en absoluto".

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