Un robot bioinspirado desarrollado en EPFL puede cambiar de forma para alterar sus propias propiedades físicas en respuesta a su entorno, resultando en un vehículo autónomo robusto y eficiente, así como un enfoque novedoso para la locomoción robótica.
Desde cabras montesas que corren por caras rocosas casi verticales hasta armadillos que se enrollan en una bola protectora, los animales han evolucionado para adaptarse sin esfuerzo a los cambios en su entorno. En contraste, cuando un robot autónomo está programado para alcanzar un objetivo, cada variación en su ruta predefinida presenta un desafío físico y computacional significativo.
Investigadores liderados por Josie Hughes en el CREATE Lab de la Escuela de Ingeniería de EPFL querían desarrollar un robot que pudiera atravesar diversos entornos con la misma destreza que los animales al cambiar de forma sobre la marcha. Con GOAT (Good Over All Terrains), han logrado precisamente eso y han creado un nuevo paradigma para la locomoción y el control robótico en el proceso.
Gracias a su diseño flexible pero duradero, GOAT puede transformarse espontáneamente entre una forma de ‘rover’ plana y una esfera a medida que se mueve. Esto le permite alternar entre conducir, rodar e incluso nadar, todo mientras consume menos energía que un robot con miembros o apéndices.
«Mientras que la mayoría de los robots calculan la ruta más corta de A a B, GOAT considera tanto la modalidad de viaje como el camino a seguir», explica Hughes. «Por ejemplo, en lugar de rodear un obstáculo como un arroyo, GOAT puede nadar directamente a través de él. Si su ruta es montañosa, puede rodar pasivamente cuesta abajo como esfera para ahorrar tiempo y energía, y luego conducir activamente como rover cuando rodar ya no es beneficioso».
La investigación ha sido publicada en Science Robotics.
Al hacer uso de una combinación de reconfiguración activa y adaptación pasiva, la próxima generación de robots conformables podría incluso superar la versatilidad de la naturaleza.
Josie Hughes
La conformidad es clave
Para diseñar su robot, el equipo de CREATE se inspiró en el reino animal, incluyendo arañas, canguros, cucarachas y pulpos. El enfoque bioinspirado del equipo llevó a un diseño que es altamente conforme, lo que significa que se adapta en respuesta a la interacción con su entorno, en lugar de permanecer rígido. Esta conformidad permite que GOAT altere activamente su forma para cambiar sus propiedades pasivas, que varían desde ser más flexible en su configuración de ‘rover’ hasta ser más robusto como esfera.
Construido a partir de materiales económicos, el marco simple del robot está hecho de dos varillas de fibra de vidrio elásticas que se cruzan, con cuatro ruedas sin aro motorizadas. Dos cables accionados por cabrestantes cambian la configuración del marco, acortándose como tendones para atraerlo firmemente en una bola. La batería, computadora a bordo y sensores están contenidos en una carga útil que pesa hasta 2 kg, suspendida en el centro del marco, donde está bien protegida en modo esfera, tal como un erizo protege su vientre.
El camino de menor resistencia
El estudiante de doctorado de CREATE, Max Polzin, explica que la conformidad también permite a GOAT navegar con un equipo de detección mínima. Con solo un sistema de navegación por satélite y un dispositivo para medir la propia orientación del robot (unidad de medida inercial), GOAT no lleva cámaras a bordo: simplemente no necesita saber exactamente qué hay en su camino.
«La mayoría de los robots que navegan por terrenos extremos tienen muchos sensores para determinar el estado de cada motor, pero gracias a su capacidad para aprovechar su propia conformidad, GOAT no necesita una detección compleja. Puede aprovechar el entorno, incluso con un conocimiento muy limitado del mismo, para encontrar el mejor camino: el camino de menor resistencia», dice Polzin.
Las futuras avenidas de investigación incluyen algoritmos mejorados para ayudar a aprovechar las capacidades únicas de los robots morfables y conformables, así como escalar el diseño de GOAT hacia arriba y hacia abajo para acomodar diferentes cargas útiles. Mirando hacia el futuro, los investigadores ven muchas aplicaciones potenciales para su dispositivo, desde monitoreo ambiental hasta respuesta a desastres, e incluso exploración extraterrestre.
«Robots como GOAT podrían ser desplegados rápidamente en terrenos inexplorados con sistemas de percepción y planificación mínimos, permitiéndoles convertir desafíos ambientales en activos computacionales», dice Hughes. «Al hacer uso de una combinación de reconfiguración activa y adaptación pasiva, la próxima generación de robots conformables podría incluso superar la versatilidad de la naturaleza».
