Robots con cerebros potentes, pero sin la habilidad manual de los humanos

STANFORD, California – En fábricas y talleres los robots habitualmente superan a los humanos en cuanto a fuerza y precisión. El software de inteligencia artificial puede conducir autos, ganarle a grandes maestros al ajedrez, hacer morder el polvo a los campeones de "Jeopardy!".

Pero a las máquinas aún les falta un elemento critico que impedirá que eclipsen la mayoría de las capacidades humanas al corto plazo: un sentido del tacto bien desarrollado.

Tomemos por caso al doctor Nikolas Blevins, cirujano de cabeza y cuello de Stanford Health Care que habitualmente realiza operaciones de oído que requieren que reduzca el hueso de modo de dejar una superficie interior tan delgada como la membrana de una cáscara de huevo.

Blevins está colaborando con los roboticistas J. Kenneth Salisbury y Sonny Chan en el diseño de un software que hará posible practicar estas operaciones antes de realizarlas. El programa une datos de rayos X y resonancia magnética para crear un modelo vívido tridimensional del oído interior, permitiendo al cirujano practicar la perforación del hueso, para hacer un tour visual del cráneo del paciente y virtualmente "sentir" diferencias sutiles entre cartílago, hueso y tejidos blandos. Y sin embargo, por completo y refinado que sea el software, sólo da una aproximación muy tosca a lo que es el sensible tacto de Blevin.

"Para poder hacer cirugía virtual realmente hay que tener háptica dijo, en referencia a la tecnología que hace posible imitar las sensaciones del tacto en una simulación por computadora.

Las limitaciones del software tipifican las de la robótica, en la que los investigadores están retrasados en el diseño de máquinas que puedan realizar tareas que los humanos hacen de modo instintivo habitualmente. Desde que se diseño el primer brazo robótico en el Laboratorio de Inteligencia Artificial de Stanford en la década de 1960, los robots han aprendido a hacer trabajos repetitivos de fábrica, pero apenas pueden abrir una puerta, levantarse si se caen, sacar una moneda de un bolsillo o hacer girar un lápiz.

La correlación entre la inteligencia artificial muy evolucionada y la incapacidad física incluso tiene un nombre: la paradoja de Moravec, en honor al pionero de la robótica, Hans Moravec, que escribió en 1988: "Es comparativamente fácil hacer que computadoras muestren un desempeño al nivel de adultos en pruebas de inteligencia o jugando a las damas, y difícil o imposible darles las capacidades de un niño de un año en lo que se refiere a percepción y movilidad".

Los avances en háptica y cinemática, el estudio del control de los movimientos de cuerpos articulados, son esenciales para que los robots logren algún día colaborar con los humanos en roles tales como los de trabajador gastronómico, ayudante médico, secretario de oficina y asistente de salud.

"Simplemente lleva tiempo y es más complicado" dijo de tales avances Ken Goldberg, roboticista de la universidad de California en Berkeley. "Los humanos somos realmente buenos en esto y tenemos millones de años de evolución".

Impulsos del tacto

El tacto es un sentido mucho más complicado de lo que uno podría creer. Los humanos tenemos un conjunto de órganos que nos permiten sentir presión, fuerzas, temperatura y vibraciones con llamativa precisión. Incluso los los mapaches han desarrollado las funciones cerebrales más sofisticadas del reino animal para procesar impulsos del tacto en la oscuridad, de acuerdo a una serie de trabajos realizados por investigadores alemanes.

Las investigaciones sugieren que nuestro sentido del tacto en realidad es mucho más fino, en varios órdenes de magnitud, de lo que se creía. En el otoño boreal pasado, por ejemplo, científicos suecos informaron en la revista Nature que el tacto humano dinámico -pro ejemplo, cuando un dedo se desliza sobre una superficie- puede distinguir desniveles de no más de 13 nanómetros o alrededor de 0,0000005 de pulgada. Esa es la escala de moléculas individuales. O como dijo Mark Rutland,profesor de química de superficies del Instituto Real KTH de Tecnología de Suecia, si su dedo tuviera el tamaño de la Tierra, podría sentir la diferencia entre un auto y una casa. Fisiólogos han demostrado que la interacción entre un dedo y una superficie es detectada por órganos llamados mecanoreceptores, que están a distintas profundidades de la piel. Algunos son sensibles a cambios en el tamaño o la forma de los objetos y otros a vibraciones.

El cirujano sigue teniendo la sensación de estar en control, pero toda su guía inteligente ahora está a cargo de la máquina, dijo Rony Abovitz de Mako Surgical, una forma de robots para salas de operaciones

En el caso de diminutas variaciones de la superficie, las señales vienen de corpúsculos pacinianos, estructuras ovaladas de alrededor de un milímetro de longitud (un veinticincoavo de pulgada) que indican cuando se deforman.

Replicar esa sensibilidad es el objetivo de la háptica, una ciencia que tiene un rol creciente en relacionar el mundo de la computación con los humanos. Uno de los avances más significativos en la háptica ha sido concretado por Mako Surgical, fundada en 2008 por el roboticista Rony Abovitz. En 2006 Mako comenzó a ofrecer un robot que da retroalimentación precisa a cirujanos en la reparación de articulaciones artríticas de las rodillas.

"Pensé que la háptica era una manera de combinar la inteligencia de la máquina y la inteligencia humana, de modo que la máquina hiciera aquello para lo que es buena y el humano hiciera aquello para lo que es bueno, y que habría una interesante simbiosis" dijo Abovitz. Y agregó: El cirujano sigue teniendo la sensación de estar en control y puede dar energía al movimiento y al impulso. Pero toda la guía inteligente y lo que se pensaba que el cirujano haría es lo que hace la máquina."

Peligros robóticos

Incluso en las industrias donde los robots ya están incorporados, a los expertos les preocupan los peligros que representan para la gente que trabaja junto a ellos. Los robots han causado docenas de muertes y lesiones en el lugar de trabajo en Estados Unidos; si ha de darse alguna vez una revolución de los robots, los científicos tendrán que crear máquinas que cumplan con estándares de seguridad muy exigentes y hacerlo a bajo costo.

"En los últimos 30 años años la producción de robots industriales se ha centrado en una métrica: ser rápidos y baratos", dijo Kent Massey, director programas avanzados de HDT Global, una firma de robótica con sede en Solon, Ohio. "Todo ha sido velocidad. Ha sido asombroso, pero un brazo estándar hoy es preciso y rígido y pesado y realmente peligroso".

Cómo funciona el robot cirujano Da Vinci

La compañía de Massey se cuenta entre una cantidad de diseñadores de brazos robóticos que están comenzando a crear máquinas más seguras. Rethink Robotics en Boston y Universal Robots en Dinamarca han creado robots que sienten el contacto con humanos. El sistema de Universal usa una combinación de sensores en sus articulaciones y software, y el robot de Rethink usa "actuadores elásticos en serie", esencialmente resortes en las articulaciones que copian la respuesta de los músculos y tendones humanos y sensores acústicos de modo que el robot pueda reducir su velocidad cuando se aproximan humanos.

Más allá de los avances necesarios para una seguridad básica, los científicos se concentran más en aspectos más sutiles del tacto. El año pasado, investigadores de Georgia Tech informaron en la revista Science que habían fabricado paquetes de diminutos transistores llamados taxeles para medir cambios en cargas eléctricas que dan señal de tensión o presión mecánica. El objetivo es diseñar aplicaciones sensibles al tacto, incluyendo piel artificial para robots y otros dispositivos.

En los últimos 30 años años la producción de robots industriales se ha centrado en una métrica: ser rápidos y baratos. Ha sido asombroso, pero un brazo estándar hoy es preciso y rígido y pesado y realmente peligroso, dijo Kent Massey de la firma de robótica HDT Global

Hay muchas investigaciones que se concentran en la visión y su rol en el tacto. El último modelo de Da Vinci X, un sistema de cirugía desarrollado por Intuitive Surgical, usa cámaras 3D de alta resolución para permitir a los médicos realizar operaciones delicadas a remoto, manipulando instrumentos quirúrgicos diminutos. La compañía se concentró en dar a los cirujanos mejor visión, porque el tacto necesario para operar en tejidos blandos como el de los órganos está aún lejos de la capacidad de la tecnología háptica.

Curt Salisbury, un jefe de ingenieros de investigación de SRI International, un instituto de investigaciones sin fines de lucro, dijo que si bien los cirujanos pueden basarse en indicios visuales que ofrecen los tejidos blandos para entender las fuerzas que ejercen sus herramientas, hubo momentos en que la visión por sí sola no basta. "La retroalimentación háptica es crítica cuando no se tiene buen acceso visual", dijo.

Otros investigadores creen que avances en sensores que modelan de modo más preciso la piel humana, así como algoritmos que funden la visión, la háptica y la cinemática, llevarán a grandes mejoras en la siguiente generación de robots.

Eduardo Torres-Jara, profesor adjunto de robótica del Worcester Polytechnic Institute en Massachussetts, que ha definido una teoría alternativa que describe como "robótica sensible", sigue otro camino. Ha creado un modelo de movimiento, aprehensión y manipulación robótica que parte de saber simplemente donde los pies o las manos del robot tocan la tierra o un objeto. "Se trata de reconocer los eventos táctiles y comprenderlos muy bien", dijo. Usando piel artificial inspirada en la biología que puede detectar diminutos cambios en fuerzas magnéticas, ha creado un robot caminante de dos piernas que es capaz de equilibrarse y dar pasos midiendo fuerzas cambiantes en la planta de sus pies.

Si mejorar el desempeño táctil depende de mayor poder de computación, puede haber ayuda en camino. Goldberg, el roboticista de Berkeley ha creado sistemas robóticos con base en la nube, que pueden recurrir a vastas reservas de poder computacional vía internet.

"Me entusiasma mucho la idea de robótica de la nube", dijo. "Eso eleva el límite de la computación que siempre hemos tenido".

En julio, roboticistas de Brown, Cornell, Stanford y Berkeley describieron una base de datos llamada Robo Brain (Cerebro Robot), apadrinada por la Fundación Nacional de las Ciencias, que busca ofrecer una reserva con base en internet de imágenes y videos y dar soporte a robots para realizar acciones en el mundo físico. Por ejemplo, información acerca de cómo identificar, tomar y trasladar una taza de café estaría accesible para cualquier robot o brazo robótico conectado a internet.

Otros investigadores de háptica creen que imitar artificialmente el tacto tendrá un efecto poderoso sobre el desarrollo de robots autónomos, así como sistemas que aumentan a los humanos.

En el otoño boreal pasado, Allison Okamura, profesora adjunta de ingeniería mecánica del Laboratorio para la Háptica y la Robótica Colaborativa en Medicina de Stanford dio un curso online de háptica. Los estudiantes armaron "hapkits" diseñados por Okamura, el profesor de educación de Stanford Paul Blikstein y Tania Morimoto, una estudiante de posgrado de Stanford. Luego los programaron para crear dispositivos virtuales como resortes y amortiguadores de sonido que podían ser manipulados como si existieran en el mundo real.

Los estudiantes crearon nuevos proyectos, modificando el hardware y compartiendo programas que crearon. Okamura dijo que su entusiasmo era comprensible.

"Si uno tiene todos estos sentidos -visión, oído, gusto, tacto y olfato- y alguien se los quita uno por uno, ¿cuál es el último al que renunciaría?, preguntó. "Casi todos dirán la visión, pero para mí sería el tacto".

Traducción de Gabriel Zadunaisky