Innovador sistema de detección de forma y contacto mejora la seguridad de robots continuos

Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón, Ishikawa, Japón

Cuando un humano toca el robot, este cambia su movimiento para evitar la colisión. (Imagen: Van Anh Ho de JAIST)

En la naturaleza, muchos organismos como los pulpos con sus tentáculos flexibles o los elefantes con sus trompas, exhiben una destreza notable. Inspirados por estas estructuras naturales, los investigadores buscan desarrollar robots continuos altamente flexibles que ofrezcan robustez y seguridad. Idealmente, un robot continuo se caracteriza por muchos grados de libertad (GDL) y un número de articulaciones superior al necesario para la mayoría de tareas. Estas características les permiten ajustar y modificar su forma dinámicamente, permitiéndoles evitar obstáculos y situaciones inesperadas. Sin embargo, sus movimientos complejos dificultan caracterizar su forma y movimiento.

Las técnicas analíticas tradicionales para obtener soluciones a problemas cinemáticos y dinámicos de robots continuos dependen de modelado complejo, aumentando el coste computacional. Alternativamente, sensores flexibles integrados en robots continuos pueden usarse para rastrear su forma y movimiento, pero este método requiere muchos sensores de baja resolución, haciendo el sistema engorroso. Una solución más prometedora es emplear un único módulo sensor al final de un robot continuo. Sin embargo, estudios previos en esta dirección se han centrado mayormente en la postura del robot y no han abordado la detección de contacto.

Abordando esta brecha, un equipo de investigadores de Japón, liderado por el Profesor Asociado Van Anh Ho del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST), desarrolló un nuevo sistema llamado ConTac. Este sistema puede estimar la forma y el contacto de un brazo robótico con piel suave.

Según el Dr. Ho, «El objetivo final de este sistema es implementarse en un robot continuo, pero en este estudio nos centramos en la percepción usando un brazo robótico articulado y piel suave para verificación». El equipo incluía a los estudiantes de doctorado Tuan Tai Nguyen y Quan Khanh Luu de JAIST, así como al Dr. Dinh Quang Nguyen de la universidad VNU-UET en Hanói.

El sistema ConTac consiste en una columna vertebral que imita la flexión de un robot continuo, piel suave con marcadores, una cámara para observar la deformación de la piel, modelos para detección de forma y contacto de la piel, y un régimen de control consciente del contacto. Este sistema puede aplicarse a cualquier unidad ConTac u otro robot con el mismo mecanismo y forma sin ninguna calibración.

Una unidad ConTac es un brazo robótico emulador de continuo ensamblado con columna vertebral y piel suave. Los investigadores también desarrollaron un controlador basado en admitancia para este sistema que usa información perceptual para guiar los movimientos del brazo robótico. Además, la unidad ConTac es rentable y puede fabricarse con materiales convencionales.

Este innovador sistema emplea dos modelos de aprendizaje profundo para reconstrucción de forma y detección de contacto de la piel suave-continua. Estos modelos se entrenaron completamente usando imágenes de simulación y luego se adaptaron directamente a robots reales sin ajuste fino, ahorrando tiempo y recursos. La transferibilidad del sistema se probó en dos unidades ConTac diferentes, que funcionaron de manera similar sin ajustes adicionales.

Destacando la importancia de este estudio, el Dr. Ho dijo: «El sistema ConTac apunta a usarse en una variedad de sistemas robóticos sin necesidad de ajustes complejos. Brazos robóticos flexibles equipados con nuestro sistema son ideales para agricultura inteligente y servicios de salud donde los robots deben navegar entornos con muchos obstáculos e interactuar de forma segura con humanos. Su suavidad y flexibilidad combinadas con la capacidad de percibir el entorno los hacen perfectos para interactuar con plantas y pacientes».

Los principios de detección y control usados en este marco podrían llevar a nuevos sensores táctiles que puedan acoplarse a cualquier sistema robótico existente, ofreciendo nuevos paradigmas de detección y control para interacción segura humano-robot sin alterar el diseño original del robot. «Imagine una sociedad donde cada robot y máquina posea sentido del tacto. Esta transformación revolucionaría industrias y la vida diaria», dijo el Dr. Ho.

Para más información, contacte a Van Anh Ho en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para visualizarla.; +81 761-51-1584.