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Title:
Dennis Hong: Mis siete especies de robots.
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Description:
En TEDxNASA, Dennis Hong presenta siete robots todoterreno ganadores de varios premios, como el futbolista humanoide DARwIn y el escalador CLIMBeR, todos construidos por su equipo en RoMeLa, Virginia Tech. Siga el video hasta el final para conocer los cinco secretos del increíble éxito de su laboratorio.
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El primer robot del que voy a hablar se llama STriDER,
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que significa "Robot Experimental
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Dinámico Trípode Auto-excitado".
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Es un robot de tres patas
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inspirado en la Naturaleza.
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Pero ¿alguien ha visto en la Naturaleza
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un animal de tres patas?
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Probablemente no. ¿Y entonces por qué lo llamamos
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robot bioinspirado? ¿Cómo puede funcionar?
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Pero antes de eso veamos la cultura popular.
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Ya conocen la novela y la película "La Guerra de los Mundos" de H.G. Wells.
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Y lo que ven aquí es
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un videojuego muy popular.
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En la ficción se describe a estas criaturas alienígenas
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como robots de tres patas que aterrorizan a la Tierra.
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Pero mi robot STriDER no se mueve de esta manera.
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Esto es una simulación dinámica animada.
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Les enseñaré cómo funciona el robot:
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Voltea su cuerpo 180 grados,
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y balancea una pata entre las otras dos para detener la caída.
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Así es como camina. Pero si nos observamos nosotros
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los seres humanos, al caminar con dos piernas
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lo que hacemos es que en realidad no usamos un músculo
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para levantar así la pierna y andar como un robot, ¿verdad?
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Lo que de verdad hacemos es balancear una pierna y detener la caída,
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levantarnos de nuevo, balancear la pierna y detener la caída.
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Usando nuestra propia dinámica, la física de nuestro cuerpo
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igual que un péndulo.
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A este concepto lo llamamos locomoción dinámica pasiva.
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Lo que hacemos es levantarnos y convertir
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energía potencial en energía cinética
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energía potencial en energía cinética.
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Es un proceso de caída constante.
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Así, aunque no hay nada en la Naturaleza con este aspecto
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en realidad nos hemos inspirado en la biología
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y hemos aplicado a este robot los principios del caminar.
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Por tanto es un robot biológicamente inspirado.
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Lo que ven aquí es lo próximo que queremos hacer.
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Queremos plegar las patas y dispararlo en un movimiento de largo alcance.
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Entonces despliega sus patas... casi parece de Star Wars.
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Al aterrizar amortigua el impacto y comienza a caminar.
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Lo que ven por aquí, esto amarillo, no es un rayo de la muerte.
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Es solo para ilustrar que si tienen cámaras
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o diferentes tipos de sensores
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ya que es alto, mide 1,80 metros,
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puede ver por encima de obstáculos como arbustos y demás.
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Tenemos dos prototipos.
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La primera versión, al fondo, se llama STriDER I.
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El del frente, más pequeño, es STriDER II.
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El problema que tuvimos con STriDER I
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es que tenía un cuerpo demasiado pesado. Tenía muchos motores
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para alinear las articulaciones y demás.
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Decidimos sintetizar un mecanismo
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para librarnos de tantos motores, y con un único motor
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podemos coordinar todos los movimientos.
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Es una solución mecánica al problema, en lugar de emplear mecatrónica.
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Ahora el cuerpo central es lo bastante ligero como para caminar en el laboratorio.
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Este fue el primer paso que dio con éxito.
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Aún no es perfecto
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así que todavía tenemos mucho trabajo por delante.
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El segundo robot del que quiero hablar se llama IMPASS:
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"Plataforma Móvil Inteligente con Sistema Activo Radial".
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Es un robot con un híbrido de ruedas y patas.
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Se puede entender como una rueda sin llanta
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o una rueda radial.
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pero los radios entran y salen del eje individualmente
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así que es un híbrido de rueda y patas.
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Literalmente estamos reinventando la rueda.
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Permítanme demostrarles cómo funciona.
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En este video utilizamos una estrategia
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que llamamos estrategia reactiva.
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Usando solamente los sensores en los extremos
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intenta caminar sobre un terreno cambiante
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un terreno blando que se deforma y cambia
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y solo con la información táctil
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consigue cruzar por este tipo de terreno.
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Pero cuando encuentra un terreno extremo,
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en este caso el obstáculo mide más del triple
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de altura que el robot,
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entonces entra en modo deliberado,
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en el cual usa un detector láser
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y un sistema de cámaras para medir el obstáculo
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y planifica cuidadosamente el movimiento de los radios
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y los coordina de manera que exhibe
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esta movilidad tan impresionante.
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Probablemente no hayan visto aún nada como esto.
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Es un robot de muy alta movilidad
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que hemos desarrollado, llamado IMPASS.
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¡Ah! ¿no es genial eso?
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Cuando conducimos un coche
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para dirigirlo utilizamos un método
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llamado "dirección Ackermann".
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Las ruedas delanteras giran así.
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En muchos robots pequeños con ruedas
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se usa un método llamado "dirección diferencial"
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en el que las ruedas izquierda y derecha giran en sentidos opuestos.
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Con IMPASS podemos hacer muchos tipos de movimientos.
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Por ejemplo, en este caso, aunque ambas ruedas se conectan
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al mismo eje, rotando con la misma velocidad angular,
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simplemente cambiamos la longitud de los radios,
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el diámetro efectivo, y así gira a izquierda y derecha.
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Estos son solo algunos ejemplos
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de todo lo que podemos hacer con IMPASS.
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Este robot se llama CLIMBeR (escalador)
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"Robot con patas de comportamiento inteligente adaptado suspendido por cable"
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He hablado con muchos científicos del laboratorio de Propulsores de la NASA
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son famosos sus vehículos exploradores de Marte
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y los científicos, los geólogos siempre me dicen
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que los lugares más interesantes para la ciencia
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son siempre los precipicios
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pero los exploradores actuales no llegan allí.
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Esto nos inspiró a construir un robot
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capaz de escalar un entorno estructurado como un precipicio
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Veamos qué hace. Tiene tres patas, y aunque no se ve bien
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tiene un cabrestante con un cable por encima.
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Intenta averiguar el mejor lugar para poner un pie
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y cuando consigue averiguarlo
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calcula en tiempo real la distribución de fuerzas
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cuánta fuerza necesita ejercer sobre la superficie
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para no volcar ni resbalar.
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Cuando se ha estabilizado levanta una pata
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y con ayuda del cabrestante puede seguir escalando.
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También sirve para misiones de búsqueda y rescate.
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Hace cinco años estuve trabajando en el laboratorio de Propulsores de la NASA
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durante el verano como investigador contratado
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y ya tenían un robot de seis patas llamado LEMUR.
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Y en él se basa este otro. Este robot se llama MARS.
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"Sistema robótico con múltiples miembros". Es un robot hexápodo.
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Hemos desarrollado un planificador de movimientos adaptativo.
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Hemos conseguido una capacidad de carga interesante.
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A los alumnos les gusta divertirse. Y aquí se ve...
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...que está caminando por un terreno no estructurado.
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Intenta caminar sobre roca sólida
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dentro del área delimitada
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pero según la humedad y el grosor del grano de la arena
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cambia la manera en que se hunden las patas.
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Intenta adaptar sus movimientos para atravesar estos terrenos.
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Y también hace cosas graciosas. Como pueden imaginar,
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recibimos a muchos visitantes en nuestro laboratorio.
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Cuando tenemos visita, MARS se acerca al teclado
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y teclea "Hola, me llamo MARS"
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"Bienvenidos a RoMeLa"
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el "Laboratorio de Mecanismos Robóticos de Virginia Tech".
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Este es un robot ameboide.
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No hay tiempo ahora para entrar en detalles técnicos
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pero les mostraré algunos de los experimentos.
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Estos son algunas de las primeras pruebas de viabilidad.
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Almacenamos energía potencial en la piel elástica para hacerlo moverse.
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O hacemos que se mueva empleando tensores activos
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hacia adelante y atrás. Se llama ChIMERA.
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También hemos trabajado con algunos científicos
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e ingenieros de la Universidad de Pensilvania
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para idear una versión accionada químicamente
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de este robot ameboide
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Hacemos esto por aquí...
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...y como por arte de magia se mueve.
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Este robot es un proyecto muy reciente. Se llama RAPHaEL.
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"Mano robótica propulsada por aire con ligamentos elásticos"
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Hay muchas manos robóticas realmente buenas en el mercado.
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El problema es que son demasiado caras, decenas de miles de dólares.
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Por eso no son muy prácticas para aplicaciones protésicas
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ya que no son asequibles.
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Queríamos abordar este problema de una manera diferente
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en lugar de usar motores eléctricos y actuadores electromecánicos
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usamos aire comprimido.
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Hemos desarrollado estos nuevos actuadores para articulaciones.
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Con ellos es posible cambiar la fuerza
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con solo cambiar la presión de aire
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y llega a ser capaz de aplastar una lata vacía de refresco
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y de sostener objetos frágiles como un huevo crudo
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o como en este caso, una lámpara.
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Lo mejor es que solo costó 200 dólares hacer el primer prototipo.
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Este robot pertenece a una familia de robots serpiente
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que llamamos HyDRAS,
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"Serpiente Robótica Articulada con Hiper Grados de Libertad".
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Es un robot capaz de escalar estructuras.
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Esto es un brazo de HyDRAS.
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Es un brazo robótico con doce grados de libertad
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y lo mejor es la interfaz de usuario.
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Este cable de aquí es una fibra óptica
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y esta alumna, probablemente usándolo por primera vez,
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es capaz de articularlo de muchas maneras.
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En Irak por ejemplo, en zonas de guerra
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se encuentran bombas cerca de la carretera.
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Se suelen enviar vehículos radiocontrolados con brazos robóticos.
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Lleva mucho tiempo y dinero
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adiestrar a un operador para manejar esos brazos tan complejos
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y en este otro caso resulta muy intuitivo.
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Este otro alumno, quizás usándolo por primera vez, puede hacer
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manipulaciones complejas de objetos.
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Así de fácil, es muy intuitivo.
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Y este es nuestro robot estrella.
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Tenemos incluso un club de fans del robot DARwIn
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"Robot Dinámico Antropomorfo con Inteligencia".
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Como saben, estamos muy interesados en
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robots humanoides que caminan
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y decidimos construir un pequeño humanoide.
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Eso fue en 2004. Por entonces algo así
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era realmente revolucionario.
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Era más bien un estudio de viabilidad.
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¿Qué motores deberíamos usar?
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¿Es acaso posible? ¿Qué tipo de control deberíamos hacer?
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Este modelo no tiene ningún sensor.
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Se controla en bucle abierto.
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Como muchos ya sabrán, si no tiene sensores
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y encuentra alguna perturbación... ya saben lo que ocurre.
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(Risas)
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Basándonos en ese éxito, el año siguiente
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hicimos un diseño mecánico en serio
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empezando por la cinemática.
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Y así nació DARwIn en 2005.
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Se levanta, camina... impresionante.
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Pero todavía, como pueden ver
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tiene un cable, un cordón umbilical. Aún usábamos alimentación externa
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y computación externa.
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Ya en 2006 era hora de divertirse.
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Démosle inteligencia. Le dimos la potencia de cálculo necesaria:
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Procesador Pentium M a 1,5 gigahercios
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dos cámaras Firewire, giróscopos, acelerómetros
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sensores de presión y torsión en los pies, baterías de polímero de litio...
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y ahora DARwIn es completamente autónomo.
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Ya no se controla a distancia.
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No hay cables. Mira alrededor, busca la pelota,
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sigue mirando, busca la pelota, e intenta jugar al fútbol
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de forma autónoma, con inteligencia artificial.
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Veamos qué tal le va. Este fue nuestro primer intento.
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y... ¡gol!
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Hay una competición llamada RoboCup.
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No sé cuántos de ustedes conocen la RoboCup.
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Es un campeonato internacional de robots futbolistas autónomos.
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Y la meta final de RoboCup es
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que para el año 2050
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robots autónomos humanoides de nuestro tamaño
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jueguen al fútbol contra los campeones del mundo humanos...
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...y ganen.
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Esa es la meta real. Es muy ambiciosa,
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pero creemos que podemos conseguirlo.
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Esto fue el año pasado en China.
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Fuimos el primer equipo estadounidense que se clasificó
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para la competición de robots humanoides.
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Esto fue este año, en Austria.
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Van a ver la acción, tres contra tres,
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completamente autónomos.
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¡Así se hace, sí!
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Los robots se siguen la pista unos a otros
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y juegan en equipo entre ellos.
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Es impresionante. En realidad es un congreso de investigación
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en forma de evento competitivo, que es más divertido.
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Lo que ven ahí es el bello trofeo
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de la copa Louis Vuitton.
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Es un trofeo al mejor humanoide
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y queremos ganarlo por primera vez para los Estados Unidos
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el año que viene. Veremos si hay suerte.
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Gracias.
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(Aplausos)
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DARwIn también tiene muchos otros talentos.
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El año pasado dirigió a la Orquesta Sinfónica de Roanoke
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para el concierto de vacaciones.
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Esta es la siguiente generación: DARwIn IV
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más inteligente, más rápido, más fuerte
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y está intentando demostrar sus habilidades
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"Soy un macho, soy fuerte".
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"Sé hacer movimientos de Jackie Chan,
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movimientos de artes marciales".
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(Risas)
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Y se va caminando. Este es DARwIn IV,
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podrán verlo luego en la recepción.
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Estamos convencidos de que será el primer robot corredor
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humanoide de los Estados Unidos. Estén al tanto.
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Ya les he mostrado algunos de nuestros fantásticos robots.
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Pero ¿cuál es el secreto de nuestro éxito?
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¿De dónde sacamos estas ideas?
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¿Cómo desarrollamos ideas como éstas?
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Tenemos un vehículo completamente autónomo
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capaz de conducir en entorno urbano. Ganamos medio millón de dólares
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en el DARPA Urban Challenge.
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Tenemos también el primer vehículo del mundo
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que puede ser dirigido por un invidente.
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Lo llamamos el reto del conductor ciego, muy interesante.
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Y hay muchos otros proyectos robóticos de los que querría hablar.
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Estos son solo los premios que ganamos en otoño de 2007
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en competiciones robóticas y cosas así.
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Tenemos cinco secretos.
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El primero: ¿de dónde obtenemos esta inspiración,
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esta chispa de imaginación?
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Esta es una historia real, mi historia personal.
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Cuando me voy a la cama, a las 3 ó 4 de la mañana,
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me acuesto, cierro los ojos y empiezo a ver líneas y círculos
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y diferentes formas flotando
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que se ensamblan y forman mecanismos
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y entonces pienso "Ah, este es bueno".
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Junto a mi cama tengo un cuaderno,
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un diario con un bolígrafo que tiene una luz LED
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porque no quiero encender la luz y despertar a mi esposa.
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Veo estos dibujos, lo garabateo todo, dibujo cosas,
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y me vuelvo a la cama.
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Cada día por la mañana
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lo primero que hago antes del café
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antes de lavarme los dientes, abro mi cuaderno.
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Muchas veces está vacío.
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A veces hay algo, a veces es un sinsentido
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y la mayor parte del tiempo ni yo entiendo mi propia letra
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¿Qué se puede esperar a las cuatro de la mañana?
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Así que necesito descifrar lo que escribí.
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Pero a veces encuentro una idea ingeniosa
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y tengo un momento eureka.
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Corro a mi despacho, me siento ante el ordenador
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anoto las ideas y hago bocetos
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y lo guardo todo en una base de datos de ideas.
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Cuando recibimos una petición de propuestas
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busco si hay algo que coincida
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entre mis ideas potenciales
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y el problema. Si algo coincide, escribimos una propuesta de investigación,
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conseguimos financiación, y así empezamos nuestros proyectos de investigación.
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Pero solo la chispa de imaginación no basta.
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¿Cómo desarrollamos estas ideas?
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En RoMeLa, el Laboratorio de Mecanismos Robóticos,
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celebramos magníficas sesiones de tormentas de ideas.
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Nos reunimos, debatimos sobre problemas técnicos
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y sociales, y hablamos sobre todo eso.
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Pero antes de empezar ponemos una regla de oro.
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La regla es:
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nadie critica las ideas de otro,
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nadie critica ninguna opinión.
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Esto es crucial, porque a menudo los alumnos tienen miedo
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o incomodidad por lo que otros puedan pensar de ellos
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por sus opiniones e ideas.
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Al hacerlo así, resulta sorprendente
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cómo los alumnos abren su mente.
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Tienen ideas geniales, locas, brillantes.
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Toda la sala se electriza de energía creativa.
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Y así es como desarrollamos nuestras ideas.
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Nos queda poco tiempo. Una cosa más que quiero decir es
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que solo la chispa de la idea y su elaboración no bastan.
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Hubo un momento genial en TED
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creo que era Sir Ken Robinson, ¿no?
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Dio una charla sobre cómo la educación
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y la escuela matan la creatividad.
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En realidad esa historia tiene dos caras.
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Hay un límite en lo que se puede hacer
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solo a base de ideas ingeniosas,
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creatividad y buena intuición de ingeniero.
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Si queremos hacer algo más que cacharrear,
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si queremos ir más allá de una mera afición a la robótica
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y abordar los grandes retos de la robótica
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mediante investigación rigurosa,
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necesitamos más que eso. Aquí es donde entra la escuela.
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Batman, cuando pelea contra los malos,
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tiene su cinturón de armas, tiene un gancho arrojadizo,
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tiene toda clase de artilugios.
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Para nosotros los robóticos, ingenieros y científicos
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estas herramientas son las asignaturas que se estudian en clase.
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Matemáticas, ecuaciones diferenciales,
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álgebra lineal, ciencias, física,
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incluso, hoy en día, química y biología, como ya han visto.
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Estas son las herramientas que necesitamos.
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Y cuantas más herramientas tengamos, como Batman,
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más efectivos seremos peleando contra los malos.
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Tendremos más herramientas para atacar a los problemas grandes.
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Por eso la educación es muy importante.
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Pero no se trata solamente de eso.
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También hay que trabajar muy, muy duro.
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Siempre digo a mis estudiantes:
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primero trabaja con astucia y luego esfuérzate.
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Esta foto se tomó a las tres de la madrugada.
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Les aseguro que si vienen a las tres o cuatro de la mañana
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tenemos alumnos trabajando allí,
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y no porque yo se lo mande, sino porque nos estamos divirtiendo.
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Lo que me lleva al último asunto:
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no olviden divertirse.
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Ese es el secreto de nuestro éxito. Nos divertimos muchísimo.
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Estoy convencido de que la máxima productividad llega cuando uno se divierte.
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Y eso es lo que estamos haciendo.
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Eso es todo. Muchas gracias.
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(Aplausos)
English [en]