Guardianes, exploradores y ‘transformers’: los drones del futuro que se investigan en California

Los investigadores de CAST, en el campus de Caltech, están construyendo una ambulancia voladora autónoma. El prototipo (en una escala 1:5) parece casi un helicóptero para Barbies. Sus creadores aseguran que en dos años la versión de tamaño real podría estar lista para empezar a funcionar y realizar vuelos sin piloto hasta el Laboratorio de Propulsión a Reacción (JPL) de la NASA, que pertenece a la universidad y está también en Pasadena (a unos 10 km).

Este centro interdisciplinar, inaugurado en octubre e instalado en el corazón del campus de una de las universidades de referencia del mundo en ingeniería, geología, astronomía y matemáticas, quiere poner a ingenieros y matemáticos a trabajar juntos en el cuerpo (hardware) y la mente (software) de los robots del futuro. Líderes en la investigación como el geólogo Woody Fischer y los ingenieros Soon Jo Chung o Aaron Ames ya trabajan aquí.

“En Caltech tenemos una larga experiencia en este área. Empezando por el Explorer 1 [el primer satélite artificial enviado por la NASA en 1958]”, explica el director de CAST, el profesor de aeronáutica e ingeniería bioinspirada Mory Gharib, recordando que en realidad el primer vehículo sin conductor de la historia se envió a Marte hace décadas. “Ahora, simplemente, vamos a aprovechar esa experiencia para aplicarla a otras áreas. Nuestro objetivo último es que, en una situación o en un entorno en el que no han estado nunca, estas máquinas sean capaces de tomar decisiones por su cuenta, basadas en las instrucciones previas que les hemos instalado en su sistema”.

Las nuevas instalaciones cuentan con un túnel de viento único en el mundo, de tres pisos de altura, en el que se pueden simular casi cualquier condición real; una sala de montaje con una cinta de correr de 25 metros para robots andantes; y una sala con suelo diseñado para simular el movimiento de un vuelo espacial. Sus cinco moonshots suenan un poco a títulos de series animadas de los 80, pero pintan un escenario más cercano a las grandes películas de ciencia ficción.

• Los guardianes

Robots durmientes, muy resistentes, que se localizarían en puntos estratégicos de las infraestructuras (puentes, presas) y que se encenderían automáticamente tras una catástrofe natural del tipo de un terremoto o un incendio. En cada escenario estos guardianes robóticos pondrían marcha una serie de protocolos. Por ejemplo, en el caso de un terremoto: chequear la seguridad del puente, poner en marcha un sistema alternativo de internet. O guardas forestales robóticos que se activen al detectar el inicio de un incendio.

• Los transformers o los "enjambres" de drones

Nuestro objetivo es que estas máquinas sean capaces de tomar decisiones por su cuenta en una situación o entorno en el que no han estado nunca

Mory Gharib, director de CAST

Quien haya visto la película de Disney Big Hero 6 tiene ya una idea de cómo serían: una bandada de micro piezas que se mueven sincronizadamente, como golondrinas mecánicas. Son máquinas inteligentes que se coordinan para ejecutar una misión. No tres o cuatro, sino cientos o miles.

“Este tipo de sistemas tienen muchas ventajas respecto a los robots únicos. Son reconfigurables. En caso de un imprevisto (un obstáculo en su camino, la rotura de una de sus piezas) son capaces de redistribuirse para poder ejecutar la misión.

También son más robustos en conjunto, puesto que la pérdida de unos pocos no perjudica a la misionen conjunto, y son más baratos porque pueden reconfigurarse para realizar funciones diferentes”, explica el profesor Soon Jo Chung, experto en ingeniería aeroespacial.

“Por ejemplo, para enviar un telescopio al espacio, el coste y la dificultad no es la misma si lo mandas ya montado en una pieza monolítica a si se envía en múltiples piezas que saben configurarse solas”. Las aplicaciones pueden servir tanto para el espacio como para tierra, concretamente en misiones de reconocimiento y vigilancia. Chung es optimista en cuanto al futuro de estas bandadas: en cinco años se van a ver este tipo de formaciones en funcionamiento.

• Los exploradores

Robots caminantes, capaces de ir de un punto a otro de la geografía terrestre (o, en un futuro, de otros planetas) con una misión determinada, de manera completamente autónoma. Estas máquinas no solo necesitarán dominar una de las técnicas más difíciles para un robot: caminar sobre dos piernas. Tendrán además que ser capaces de interactuar con el entorno, recargar sus propias baterías y tomar decisiones dependiendo de lo que les rodeara.

Cassie, el robot bípedo de CAST, ya puede darse un paseo por el campus sobre sus dos piernas de avestruz, y su movimiento y equilibrio funcionan de forma autónoma, aunque un control remoto le indica la dirección. Aaron Ames, experto en ingeniería mecánica que lidera el proyecto, calcula que en diez años este explorador robótico totalmente autónomo será una realidad.

• Los transportadores o drones sin piloto

Para el profesor Soon Jo Chung, que lidera este proyecto y es experto en el estudio de la tecnología que se inspira en las formas de la naturaleza, el futuro del transporte sin conductor es más fácil de lograr con vehículos voladores que con coches.

“Los UAV [unmanned aircraft vehicles] se diseñan de partida para no tener piloto, mientras que en el caso de los coches, se trata de aplicar una tecnología nueva a un diseño preexistente. Además, uno de los problemas fundamentales del transporte terrestre, que es el de la congestión, no existe en el aire. Y por último, las posibilidades de error aumentan exponencialmente cuando las máquinas interactúan con los humanos, cosa inevitable en tierra. El aire es un espacio mucho más controlado y controlable", opina. No obstante Chung reconoce que las máquinas voladoras tienen una dificultad inicial que aún no ha sido solventada. "Todavía no existe el dron capaz de despegar y aterrizar en cualquier condición meteorológica".

El profesor Chung ha formado parte de los equipos que han diseñado máquinas virtuosas y alucinantes como un dron capaz de aterrizar en una mano y un dron con forma de murciégalo. Trabaja en el diseño de un don halcón que, en el futuro, podría servir para liberar de bandadas de pájaros los pasillos aéreos como halcones robóticos. La naturaleza tiene las claves de muchos de los últimos avances en el diseño de estas máquinas. "Nos hemos dado cuenta, por ejemplo, de que contrariamente a la lógica tradicional, puede llegar a ser más aerodinámico un dron con forma cuadrada (inspirado en los peces cofre)."

• Los ayudantes

Aunque en esta categoría entraría cualquier tipo de robot que realice actividades de colaboración o ayuda con los humanos, desde un mayordomo mecánico a una guía de un museo virtual, en CAST se quieren especializar en el estudio de algo para lo que las piernas mecánicas de Cassie son muy útiles. Los softwares que, con la ayuda de sensores estratégicos, enseñen a las piernas o brazos artificiales a leer las señales del resto del organismo y adaptarse a sus necesidades.

El robot será un ayudante muy útil, pero no serviría de nada sin el científico Mory Gharib, director de CAST

“El cuerpo humano es un sistema integral en el que lo que le ocurre a cada parte afecta al resto. Ahora mismo, una pierna ortopédica puede ser una maravilla de la ingeniería, pero si la tienes que usar cada día, es probable que acabes con dolor de espalda por la manera en la que tu cuerpo ha de adaptarse al nuevo equilibrio. Si esta pierna pudiera comunicarse con el resto del cuerpo, ondas de radio y sensores le informarían de cómo está adaptándose tu columna, y la pierna podría recolocarse de acuerdo con esa información. Sería una parte más del cuerpo, no un objeto ajeno”, explica el profesor Gharib.

Para poner en práctica lo que predican, en CAST pretenden que pronto haya robots trabajando en las instalaciones junto a los investigadores humanos, y para ello han puesto en funcionamiento un sistema de cámaras de alta definición que no dejan un rincón del centro sin observar. De esta manera, los robots realizarán tareas y al mismo tiempo serán observados para su investigación.

Si todos estos proyectos de futuro acaban por realizarse, ¿sobrarán los humanos? “No creo que nunca vaya a surgir un Einstein robótico. Los humanos tenemos la habilidad de recibir influencias constantes de nuestro entorno natural, político y social y cambiar nuestra manera de ver las cosas. Esa es la belleza de la mente humana", argumenta Gharib. "Eso sí, a la mente le puedes proporcionar instrumentos para trabajar, para avanzar en la investigación. Eso es lo que nos proponemos. El robot será un ayudante muy útil, pero no serviría de nada sin el científico”.