La aterradora evolución de Cosa, el amigo de Miércoles: camina, pulsa teclas y mueve objetos por sí sola

Una mano robótica que camina sobre los dedos, se incorpora después de una caída y es capaz de pulsar teclas o empujar un objeto parece una idea salida de una película de ciencia ficción. Sin embargo, es el resultado del último trabajo del Soft Robotics Lab de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH Zúrich), que ha convertido una mano antropomórfica en un pequeño robot autónomo.

El proyecto se denomina Fingers as Legs (dedos como piernas) y plantea una solución poco convencional a uno de los grandes desafíos de la robótica como es combinar movilidad y capacidad de manipulación en una máquina compacta. En vez de instalar ruedas, patas o depender de un brazo robótico que transporte la mano, los investigadores han enseñado al dispositivo a emplear sus cinco dedos para sostener su peso, avanzar y relacionarse con el entorno.

La mano, de 818 gramos, integra una batería, sensores y capacidad de computación a bordo. Es decir, no necesita estar conectada mediante un cable a una fuente de alimentación o a un ordenador externo para funcionar. Esa independencia es una de las claves del experimento ya que permite que el dispositivo se desplace por sí mismo y ejecute las órdenes aprendidas en el mundo real.

Cinco dedos, tres funciones

El reto consiste en que cada vez que levanta uno de sus dedos para dar un paso, los restantes deben compensar el movimiento y conservar una base estable que soporte todo el conjunto. Los dedos tienen tamaños diferentes, articulaciones distintas y no fueron diseñados originalmente como extremidades para desplazarse.

En total, la mano dispone de 20 articulaciones motorizadas, cuatro por cada dedo. Los investigadores mantuvieron tanto el diseño original como el controlador de posición incorporado en la plataforma. Sobre esa base añadieron un módulo compacto de alimentación, detección y procesamiento, y entrenaron políticas específicas para cada tarea.

La fase de aprendizaje se realizó primero en un simulador calibrado con mediciones tomadas del dispositivo real. Allí, el sistema practicó miles de situaciones para aprender cuándo debía apoyar, levantar o mover cada dedo. El equipo utilizó un enfoque de aprendizaje por refuerzo con el que la máquina recibe incentivos para progresar en la dirección marcada sin perder equilibrio.

La mecánica que acaba instalada en la mano no reproduce una secuencia fija, como haría un robot programado paso a paso. Aprende a coordinar los dedos de acuerdo con las órdenes de dirección, velocidad y giro, así como con la información procedente de sus sensores como ángulos articulares, inclinación, velocidad de rotación y acciones recientes.

De la moqueta a la grava

La mano, sin ruedas ni mecanismos de locomoción, consiguió desplazarse de forma autónoma por 14 tipos de terreno interiores y exteriores. Entre ellos figuran madera, césped, grava, asfalto, moqueta, baldosa, caucho, hormigón seco, piedra, césped artificial o rejillas metálicas.

En las simulaciones, la formulación creada por el equipo logró una velocidad media de 1,67 centímetros por segundo, frente a los 1,02 centímetros por segundo de recompensas ajustadas inicialmente para robots cuadrúpedos. La diferencia demuestra que un sistema pensado para caminar a cuatro patas no sirve automáticamente para una mano de cinco dedos desiguales.

El experimento todavía no persigue velocidad. Su valor reside en que convierte una pieza robótica diseñada para manipular en una plataforma móvil capaz de explorar el espacio inmediato sin un soporte externo.

Recuperarse, pulsar y empujar

La autonomía de la mano no termina cuando se cae. Los investigadores desarrollaron una política de recuperación independiente de la de desplazamiento, con el objetivo de que el robot pudiera volver a colocarse sobre las yemas de los dedos después de volcar.

En pruebas reales, la mano logró recuperarse en 21 de 25 intentos, una tasa de éxito del 84 % en dos direcciones de caída. El dato muestra que el sistema sabe salir de una situación adversa sin intervención humana.

Mientras la mano robótica sostiene su propio peso, puede seguir utilizando algunos dedos para interactuar con el entorno. En una demostración pulsó órdenes sucesivas en un teclado para ejecutar movimientos en el juego de lógica Sokoban. Alcanzó 29 pulsaciones correctas de 32, con una latencia mediana de 0,25 segundos en los aciertos.

En otra demostración, la mano se aproximó a un cubo y lo empujó hasta una posición objetivo con ayuda de visión cenital externa. El error final medio fue de 17 milímetros en 15 desplazamientos mostrados.

Robots más compactos

La investigación apunta a futuros robots móviles de tamaño reducido que puedan operar en espacios estrechos, irregulares o difíciles de alcanzar. Una mano capaz de separarse funcionalmente de un brazo, recorrer una zona y manipular pequeños mandos, teclas u objetos podría ser útil en inspección, mantenimiento o exploración de entornos donde un robot convencional tenga problemas para entrar.

Por ahora, Fingers as Legs es un trabajo de investigación preliminar y no un producto comercial. Pero deja una imagen muy clara del rumbo de la robótica donde las piezas ya no tienen por qué cumplir una sola función. En esta mano de ETH Zúrich, los dedos que sirven para agarrar también sostienen el cuerpo, marcan el avance y permiten actuar sobre el mundo.