Foto: Atlas está diseñado para llevar a cabo tareas en entornos humanos.

En el pit lane del circuito Homestead-Miami en Florida (EEUU), una pista en la que los coches de carreras a veces van a más de 300 kilómetros por hora, hay un pequeño grupo de público observando algo considerablemente más lento, pero mucho más impresionante. Es una soleada mañana de sábado justo antes de Navidad y un robot que se parece, a grandes rasgos, a una persona contempla una puerta montada sobre el asfalto. Analiza la puerta usando un escáner láser y un par de cámaras que tiene en la cabeza; después de una prolongada pausa, el robot extiende un reluciente brazo de aluminio, abre la puerta y la atraviesa con parsimonia.

El robot, que se llama Atlas y lo fabrica la empresa Boston Dynamics, compite en el Concurso de Robótica de DARPA, organizado por DARPA, la Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación de Defensa de Estados Unidos. A lo largo del fin de semana robots de distintos tamaños y diseños, todos controlados a distancia, se enfrentan a retos pensados para probar los límites de la percepción, manipulación y agilidad artificiales. Cada tarea está inspirada en trabajos que podrían servir para contener una fuga en una planta nuclear. Los trabajos son aparentemente sencillos, pero no para los robots. En una de las tareas propuestas, las máquinas tienen que atravesar una pila de escombros; en otra, tienen que subir una escalera de mano.

Muchos de los robots presentes tienen problemas para completar las tareas sin fallar, bloquearse o caerse. De todos los retos a los que se enfrentan, uno de los más difíciles y el que es potencialmente más difícil de controlar es limitarse a caminar sobre un terreno irregular, inestable o simplemente lleno de cosas. Sin embargo, los robots Atlas (varios grupos académicos han presentado distintas versiones de la máquina de Boston Dynamics) atraviesan este tipo de terrenos con una confianza impresionante.

Un par de veces al día el público asiste a demostraciones con otros robots con extremidades fabricados por Boston Dynamics. En una de ellas, una máquina de cuatro patas del tamaño de un caballo trota por la pista portando varios paquetes grandes; cambia la distribución de peso astutamente para seguir de pie cuando la fuerte patada que le da su operador le hace perder el equilibrio momentáneamente. En otra de las demostraciones, una máquina de cuatro patas más pequeña y ágil arranca un ruidoso motor diésel y corre a lo loco por la pista de carreras, como un gran gato, llegando rápidamente a casi 30 kilómetros por hora.

El público, compuesto en su mayoría por investigadores en robótica de todo el mundo y algunos curiosos, se sorprende y aplaude. Pero la tecnología para caminar y correr que emplean estas máquinas desarrolladas por Boston Dynamics es mucho más que un truco deslumbrante. Si se puede mejorar, estos robots y otros como ellos podrían salir andando de los laboratorios de investigación y poblar el mundo de máquinas móviles inteligentes. Esto explica por qué, pocos días antes de que se celebrara el Desafío de DARPA, Google adquiriese Boston Dynamics.

Primera parte: aprendiendo a saltar

Unos meses antes del concurso de DARPA visité Boston Dynamics, que ocupa un edificio corriente al borde de un tranquilo polígono industrial en Waltham, Massachusetts, a 20 minutos en coche de Boston (EEUU). En la entrada, robots de cuatro patas de distintos tamaños y formas parecen montar guardia. Dentro del gran taller que hay en las instalaciones decenas de ingenieros se dedican a trabajar sobre todo tipo de bestias mecánicas. En una esquina, una pequeña máquina de cuatro patas con un largo cuello y una garra en vez de cabeza usaba su apéndice para lanzar bloques de hormigón al otro extremo de la sala.

Todas estas máquinas tienen su origen en el innovador trabajo del fundador y director tecnológico de Boston Dynamics, Marc Raibert. En la pared del despacho de Raibert, junto a un gran póster en el que se ve a Atlas con gran detalle técnico, hay potro póster más pequeño que identifica distintos dinosaurios. Raibert recuerda que la locomoción animal empezó a interesarle mientras estudiaba un doctorado en el Departamento del Cerebro y las Ciencias del Conocimiento en el Instituto Tecnológico de Massachusetts a finales de la década de 1970, cuando dos prominentes fisiólogos dieron una charla sobre sus investigaciones sobre la locomoción de los gatos. Fascinado por el hecho de que un cerebro pueda producir tal agilidad sin esfuerzo, Raibert había ideado un plan para empezar a construir máquinas que explorasen este fenómeno cuando consiguió un trabajo como profesor adjunto en la Universidad Carnegie Mellon (EEUU) en 1980.

Otros académicos ya habían creado máquinas que andaban. Algunas tenían muchas piernas, para asegurarse de que al levantar una para dar un paso al frente no perderían el equilibrio. Otras se movían con sumo cuidado para mantener un equilibrio precario. Las máquinas eran torpes, lentas y en conjunto una pobre imitación de la mayoría de las formas de locomoción biológica. En muchos casos el más leve desliz o empujón hacía que se cayeran.

Demostrando tener una visión sorprendente, Raibert decidió que no diseñaría su primer robot andante para evitar la inestabilidad que puede producir el movimiento, sino para aprovecharla. En vez de seis patas o cuatro, le dio solamente una.

El robot tendría que saltar sobre su única pata, analizando su propio movimiento y orientación en cada salto, para adaptar rápidamente la posición de su pierna y su cuerpo, así como la cantidad de energía que consumiría su pierna con el siguiente salto. Los cálculos eran sorprendentemente sencillos.

Asombrosamente, el robot funcionó a la perfección, pegando botes como un muelle poseído. Aunque la primera versión tenía movimiento limitado, la siguiente podía saltar libremente por el laboratorio. "Aún me acuerdo, creo que fue un día de agosto de 1983", recuerda Raibert. "Estábamos todos con una sonrisa de oreja a oreja. Empujábamos a la máquina y atravesaba la sala hasta llegar a otro, que la devolvía de un empujón".

Raibert sabía que un animal que salta se desequilibra en cada salto y debe estar adaptándose constantemente, usando la gravedad para desplazarse. El robot saltarín rudimentario resolvía esos mismos problemas y abrió el camino para construir máquinas más ágiles. "A mí me parecía que la dinámica del movimiento biológico, en el que hay mucha energía y movimiento, en el que hay constantes desequilibrios, eran las auténticas características que había que lograr", rememora.

Inspirado por el éxito de este enfoque, Raibert y sus alumnos empezaron a construir otras máquinas con patas usando lo que los creadores de robots denominan equilibrio dinámico, la capacidad de usar el movimiento para mantener el equilibrio. La siguiente versión trotaba sobre dos patas delanteras y dos traseras. Otros robots tenían articulaciones, actuadores y software de control mucho más sofisticado.

En 1986 el "Laboratorio de Piernas" de Raibert se trasladó de la Universidad Carnegie Mellon al Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde desarrolló otros robots capaces de caminar, botar, saltar y correr en formas que a veces resultaban curiosamente reconocibles. Las máquinas se bautizaban con nombres inspirados en sus equivalentes biológicos. Spring Flamingo y Spring Turkey (Flamenco Muelle y Pavo Muelle, respectivamente), se paseaban por el laboratorio como pájaros gigantes, mientras que el Uniroo pegaba saltos usando la cola para equilibrarse, como un canguro de una sola pata.

Raibert fundó Boston Dynamics en 1995, en un principio para vender software de simulación desarrollado en su laboratorio. Pero la empresa también ejercía de consultora en proyectos comerciales de robótica, entre ellos el desarrollo de los juguetes robóticos AIBO y QRIO, fabricados por Sony en 1999 y 2003 respectivamente. Y un contrato firmado con DARPA en 2003 llevó a Boston Dynamics a fabricar sus propias máquinas con extremidades.

Fotos:

Segunda parte: aprendiendo a correr

- BigDog

En 2003, armados con un contrato con DARPA para crear un prototipo de vehículo capaz de seguir a las tropas a través de terrenos inaccesibles para los vehículos de ruedas u orugas, Boston Dynamics empezó a desarrollar BigDog, una máquina de cuatro patas del tamaño de un gran perro de montaña. El robot debía ser capaz de moverse por terrenos complejos e impredecibles como los que se encuentran en el mundo real. Esto significaba que tenía que ser duro, excepcionalmente ágil, capaz de cargar con su propia fuente de energía y de detectar su propio movimiento -y el entorno- con más detalle que cualquiera de las máquinas andantes que se hubieran hecho hasta la fecha. 

"La mayor parte del trabajo de laboratorio que habíamos hecho hasta BigDog había tenido lugar en un entorno bastante benigno", explica Raibert. "Era limpio, seco y plano".

La máquina resultante se mueve gracias al motor de un kart y usa 69 sensores para controlar el movimiento de sus piernas, las fuerzas ejercidas sobre las extremidades, y factores que incluyen la temperatura y la presión hidráulica. Usando el equilibrio dinámico, puede atravesar arena, nieve e incluso hielo. Lo que resulta aún más espectacular es que puede permanecer de pie incluso cuando le pegan una patada. BigDog se puede manejar a distancia, pero el equilibrio, al igual que en el caso de otros robots de Boston Dynamics, lo controla un ordenador de a bordo automáticamente.

- LS3

Gracias a más fondos provenientes del ejército, entre ellos dinero de los Marines, en 2009 Boston Dynamics empezó a construir una versión más grande y potente de BigDog. Se llama Alpha Dog, aunque su nombre oficial es LS3 (siglas en inglés de Sistema de Apoyo de Escuadrón con Patas), tiene el tamaño de un caballo y es capaz de cargar 180 kilos, el equivalente a cuatro mochilas de marines cargadas hasta los topes, durante 30 kilómetros al día por terrenos difíciles.

Igual que BigDog, LS3 usa un lidar y cámaras de vídeo en estéreo en la cabeza para identificar obstáculos, hacer un mapa de su entorno y seguir a un soldado que camine hasta 45 metros por delante, identificado por un parche reflector. El verano pasado, los marines empezaron a probar LS3 en una base del desierto de California y en los bosques que rodean Fort Devens en Massachusetts. Las pruebas incluían misiones de combate simuladas que han usaron LS3 como mula de carga. La compañía presenta este vídeo como demostración pública.

- WildCat

DARPA también ha financiado un robot de cuatro patas más móvil, ágil y rápido. La primera versión, Cheetah (guepardo) es capaz de correr a 47 kilómetros por hora sobre una cinta sujeto a una barra estabilizadora. Igual que Cheetah, WildCat flexiona su cuerpo para ampliar la zancada y acelerar. Puede correr a 26 kilómetros por hora manejado por control remoto. Boston Dynamics ha subido este vídeo del robot corriendo por su aparcamiento.

Tercera parte: aprendiendo a caminar

En 1989, uno de los alumnos de Raibert, Rob Playter, que había sido campeón de gimnasia en la Universidad Ohio State (EEUU) le ayudó a construir un robot de dos patas con libertad de movimientos capaz de hacer carretillas y otras hazañas acrobáticas sobre una cinta o pegando botes por el laboratorio. "Las carretillas tienen un punto exhibicionista", admite Raibert. Pero demostró un nivel de control que ofrecía la promesa de ayudar a los robots a moverse por terrenos mucho más difíciles. También daba pistas sobre cómo se podrían mover algún día las máquinas en entornos diseñados para humanos. Las ruedas son una forma fantástica de moverse cuando el terreno que tienes por delante es liso y está despejado, pero a una rueda no le resulta fácil ni de subir escaleras, ni esquivar una silla caída. Si esperamos poder usar robots de forma habitual en nuestros hogares, es probable que necesiten andar.

"Dado que creamos nuestras viviendas a la medida del ser humano, es muy importante que los robots tengan la misma competencia de movimiento y manipulación que los humanos", sostiene el gestor del programa de DARPA encargado del desafío robótico, Gill Pratt. "Las piernas presentan importantes ventajas respecto a las ruedas y las orugas; una pierna no necesita un plano de apoyo continuo, una pierna puede pasar por encima de las cosas, algo realmente extraordinario".

La inspiración concreta que hay detrás del Desafío Robótico de DARPA llegó en circunstancias dramáticas cuando un terremoto golpeó la costa de Japón en marzo de 2011. Las labores de limpieza del reactor nuclear dañado en Fukushima, pusieron de relieve las limitaciones que tenían los mejores robots existentes y dejaban clara la necesidad de crear máquinas capaces de moverse mejor por el mundo humano. DARPA diseñó su reto para inspirar robots útiles en el caso de que se volvieran a dar esas circunstancias. Los robots no sólo debían ser capaces de trabajar en entornos diseñados para humanos, sino también moverse esos mismos lugares cuando estos hubieran sufrido graves daños.

Lo que Atlas demostró en Miami está bien, pero está lejos de ser perfecto. Para empezar, la energía necesaria para mover sus sistemas hidráulicos limita su utilidad. Todos los robots presentados en el concurso tenían que tirar de generadores externos para mover sus sistemas hidráulicos. Los generadores son demasiado grandes como para llevarlos encima, relativamente ineficaces y hacen mucho ruido. Aunque se pretende que las versiones futuras de Atlas carguen con su propia fuente de energía, seguirá siendo una solución rudimentaria hasta que los investigadores averigüen cómo hacer que las máquinas sean mucho más eficientes en términos energéticos.

La percepción es otro gran desafío. Atlas usa el equilibrio dinámico y es capaz de analizar el entorno que le rodea en busca de obstáculos, pero cómo usa esta información para navegar sigue siendo lenta y burda. "Si ves a alguien bailando, escalando o haciendo parkour, te das cuenta de que estamos increíblemente lejos de tener un robot capaz de hacer lo mismo", afirma Pratt.

Durante el desafío DARPA, Atlas operó en parte de forma autónoma, en el sentido de que los equipos podían dar instrucciones específicas y ordenarle realizar una tarea, pero gran parte del comportamiento del robot, incluyendo el reequilibrio en décimas de segundo, era automático. La idea de DARPA es que los robots de rescate funcionen así, guiados y ayudados por humanos, pero capaces de funcionar autónomamente cuando sea necesario, por ejemplo en caso de un fallo de comunicación. Pero si esperamos que algún día los robots lleguen a realizar las tareas que algunos imaginan, por ejemplo ayudar  los ancianos en sus casas, tendrán que poder trabajar con mayor autonomía aún.

De vuelta al pit lane, junto a uno de los garajes en los que se ha instalado un equipo de apoyo de Boston Dynamics, Raibert explica que los humanos y los animales tienen una movilidad extraordinaria, más que cualquier vehículo creado por un humano, así que tiene sentido hacer robots con piernas. "Déjame decir que creo que el futuro de la robótica pasa por ahí", afirma, justo antes de que uno de sus robots empiece a caminar con confianza por encima de un montón de escombros. "Ahora se pueden hacer cosas sin ellas, pero con el tiempo vamos a querer llegar a eso, y es lo que esperamos estar haciendo posible nosotros".