Emmanuelle Pouydebat - 60 inventos que nos cambiaron la vida

Cuál no habrá sido mi sorpresa cuando un colega experto en robótica, Philippe Souères (Laboratorio de análisis y de arquitectura de sistemas, del CNRS) me hizo una pregunta tan asombrosa como fascinante: “¿Crees que los robots deben tener una cabeza para navegar con eficacia?”. Bueno… ¿Por qué esa pregunta? Porque el objetivo de algunos especialistas en robótica es optimizar los desplazamientos de sus robots, especialmente para aumentar las aplicaciones concretas y sus utilizaciones. Para tratar de responder a esa pregunta, debemos remitirnos al mundo animal y sobre todo entender mejor por qué los expertos en robótica se hacen esa pregunta. En ese momento empiezan los problemas, porque, en primer lugar, debemos entendernos entre nosotros, con nuestros respectivos vocabularios, nuestros conceptos u objetivos diferentes, etc. Los colegas dedicados a la robótica señalan que pocos robots actuales tienen una cabeza que realmente desempeñe un papel funcional en su navegación. ¿Por qué?

Porque la robótica aún es una ciencia muy joven. Pocos trabajos tratan de integrar realmente la percepción multisensorial y el control motor de una manera tan robusta como para necesitar una cabeza. Los robots humanoides, por ejemplo, poseen una cabeza sobre todo para parecerse a los seres humanos. El robot se desplaza entonces a menudo usando datos propioceptivos (posición de las diferentes partes del cuerpo) gracias a sensores situados a lo largo de la pierna y datos proporcionados por una unidad central ubicada en el tronco. No existe ningún concepto teórico que permita precisar dónde colocar los sensores exteroceptivos en un robot con el objeto de optimizar la ejecución de las tareas de navegación. Para los robots actuales no parece ser una desventaja la falta de cabeza. Pero ¿qué ocurrirá el día en que las tareas exijan una integración multisensorial y sensomotriz más profunda?

¡Aquí intervienen los biólogos! Con mi colega biólogo Vincent Bels (Instituto de Sistemática, Evolución, Biodiversidad, CNRS/MNHN), hemos comprobado que la cabeza es una estructura clave en la mayoría de los animales llamados bilaterales (animales con simetría bilateral, contrariamente a los radiales, como las medusas, anémonas de mar…). Estos animales, entre ellos los insectos, los moluscos e incluso los mamíferos, reptiles y pájaros, son capaces de efectuar movimientos dirigidos voluntarios. La cabeza tiene un papel de integración multisensorial mayor y está involucrada en el surgimiento de capacidades cognitivas elevadas, vinculadas a la representación del espacio, a la producción voluntaria de acciones espaciales, a la optimización de trayectos, a la organización del control motor (conjunto de las acciones para activar los músculos…), etc. La cabeza, que es, de hecho, la parte anterior de los bilaterales, posee una serie de sistemas sensoriales (visual, olfativo, auditivo), mientras que la parte posterior comporta dispositivos morfológicos que permiten movimientos del cuerpo en una dirección determinada. La cabeza comprende así una serie de estructuras simétricas complejas (ojos, orejas, bigotes, antenas), las estructuras exteroceptivas, los órganos sensoriales que detectan los estímulos exteriores para interactuar con el ambiente y para generar acciones espaciales voluntarias. Una de las principales características de los organismos que han desarrollado la capacidad de producir acciones espaciales voluntarias complejas en el transcurso de su evolución reside en la integración de la mayoría de los sistemas sensoriales y del resto del cuerpo en una cabeza, móvil o no. Es bastante probable, entonces, que de aquí en adelante la robótica se centre en las cabezas para optimizar los desplazamientos de los robots y no simplemente para que se asemejen a los seres humanos.

¿Objetivo? ¡Reducir la fricción! ¿Qué prodigios de la naturaleza debemos observar? Los 20.000 genios que habitan los mares… Los océanos rebosan de soluciones si se las sabe buscar en ese 71 % de la superficie del planeta que representan, aunque todavía sean bastante ignorados. Se conoce el rostro (nariz) de los delfines, que inspiró la creación de un bulbo colocado en la proa de los petroleros desde la década de 1930. Esto constituyó un avance importante en la reducción del arrastre, la fricción entre el barco y el agua. Se realizó esta misma búsqueda de la reducción de la fricción y, por lo tanto, de aumento de la velocidad, para encontrar nuevas combinaciones hidrodinámicas. Objetivo claro: ganar en velocidad perdiendo la menor cantidad de energía posible. Y ¿quién es más rápido y más hidrodinámico que un tiburón? El tiburón mako o de aleta corta ( Isurus oxyrinchus ) bate incluso récords de velocidad, con puntas que pueden llegar a 90 km/h. Esta proeza parece estar directamente vinculada con su epidermis compuesta de millones de dentículos microscópicos. Estos últimos parecen pequeños “dientes” entrelazados y capaces de reducir los rozamientos con el agua, incluso de producir una acometida. Algunos científicos, provistos de una impresora 3D, escanearon un fragmento de piel de un tiburón mako y luego lo reprodujeron hasta obtener un material extremadamente similar en términos de microestructura. La piel impresa y colocada sobre un robot acuático permitió mejorar la velocidad de nado en un 6,6 % y reducir el gasto de energía en un 5,9 %. (15)

No hizo falta más para que una famosa fábrica de trajes de baño, Speedo, imaginara la ropa subacuática del futuro. Sin embargo, el marketing se adelantó a la ciencia, porque los investigadores mostraron que las combinaciones que trataban de imitar la piel de esos tiburones no les ofrecían ventajas hidrodinámicas a los deportistas. En efecto, la imitación de la microestructura del traje de baño no se parecía tanto a la auténtica piel de tiburón, contrariamente a la que se le colocaba al robot. Hasta ahora, nadie pudo descubrir una combinación que imite fielmente la verdadera piel de tiburón. No todo es reproducible en la naturaleza. Por razones de complejidad (a veces no sabemos hacerlo) y también de costos. Pero seguramente falta mucho para descubrir todas las aplicaciones de las capacidades de la piel de tiburón.

¡Infiltrémonos en un proyecto digno de Star Wars ! ¡Qué hermoso sueño para un jefe de ejército poder reemplazar a sus soldados por robots! Cumplir ese sueño es el propósito de amplios proyectos más o menos logrados, ricos en potencialidades. Pero se necesitarían soldados robots rápidos, adaptables a diversos suelos, que evitaran obstáculos y se movieran sin ver… ¿Qué animales habría que elegir para inspirarse? Empecemos por un robot cuadrúpedo llamado Cheetah, “guepardo” en inglés. ¿Por qué inspirarse en un guepardo ( Acinonyx jubatus )? Por su velocidad y su habilidad para cambiar de dirección con una gran capacidad de maniobra. Este félido, que puede llegar a los 112 km/h (50 km/h promedio), es el animal terrestre más rápido del mundo. Gran depredador, es capaz de producir aceleraciones y desaceleraciones laterales impresionantes gracias a su potencia muscular, a su adherencia debida a sus garras no retráctiles, a la maniobrabilidad de su cuerpo debida, sobre todo, a una columna vertebral muy flexible y a su pequeña cabeza aerodinámica. (16) Todas estas ventajas inspiraron la creación de Cheetah.

En 2012, la primera versión constituyó el robot cuadrúpedo terrestre más rápido del mundo, que podía llegar a 45,5 km/h, sobre todo gracias a una columna vertebral artificial muy flexible. (17) Esta proeza hizo que la prensa lo comparara al campeón y atleta Usain Bolt, ¡cuyo récord era de 44 km/h! En la actualidad, la tercera versión de Cheetah del MIT (Massachusetts Institute of Technology) es simplemente excepcional. Cheetah 3 sabe trotar, galopar, saltar, trepar, desplazarse lateralmente, ¡y todo esto entre obstáculos y sin ver, sin cámara, ni sensores! (18) ¿Por qué sin ver? El profesor Sangbae Kim, profesor asociado del MIT y principal creador del robot, lo explica muy bien. Un robot debe saber enfrentar muchos imprevistos sin basarse demasiado en la visión, sino más bien en informaciones táctiles para desplazarse más rápido frente a obstáculos inesperados. Siempre con el objetivo de reemplazar a tropas terrestres, la idea de esta tercera versión es entonces que pueda avanzar por terrenos difíciles sin informaciones visuales. Magia de los algoritmos que permiten, gracias a datos angulares y de aceleración, una detección de contacto (obstáculo, superficie desestabilizante, etc.) y un control de los movimientos (ajustar, proseguir el movimiento, con qué fuerza, etc.) de cada pata. Todo funciona como si uno debiera desplazarse a tientas en una zona totalmente oscura. Pero el robot actúa aún mejor, ya que, si se lo empuja para hacerlo caer, es capaz de mantener el equilibrio. Podemos imaginar sus proezas cuando se restablezca finalmente su visión para que pueda cartografiar su ambiente. Además de los objetivos militares, Cheetah podría así ser utilizado algún día en diversas misiones realizadas en ambientes hostiles, incluso inaccesibles a los seres humanos. Habrá que bajar los costos, especialmente reduciendo su tamaño, (19) pero también continuar los proyectos paralelos, como los increíbles robots BigDog o PetMan.