Imprimen en 3D una mano robótica que toca el piano

Investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), han impreso en 3D una mano robótica que, con el movimiento de la muñeca, puede tocar frases musicales simples en el piano.
 
Con materiales rígidos y blandos, han reproducido tejidos de ligamentos y huesos de una mano humana, pero no los tendones ni los músculos, por lo que los dedos no pueden moverse con independencia. A pesar de que esto limita la movilidad de la mano robótica en comparación con la humana, los investigadores han descubierto que es posible un rango de movimiento sorprendentemente amplio, gracias al diseño mecánico de la mano.
 
Los resultados, publicados en la revista Science Robotics, podrían dar pistas sobre cómo diseñar robots capaces de realizar movimientos más naturales con un uso mínimo de energía.

Mecanismos pasivos para ahorrar energía

El movimiento complejo en animales y máquinas resulta de la interacción entre el cerebro, el ambiente y el cuerpo mecánico. Las propiedades mecánicas y el diseño de los sistemas permiten movimientos complejos sin gastar cantidades innecesarias de energía.

"Podemos usar la pasividad para lograr una amplia gama de movimientos en robots, como caminar, nadar o volar", explica Josie Hughes, del Departamento de Ingeniería de Cambridge, en un comunicado.

"El diseño mecánico inteligente nos permite alcanzar el máximo rango de movimiento con costos de control mínimos: queríamos ver cuánto movimiento podríamos obtener solo con la mecánica".

El rol de la impresión 3D

En los últimos años, los componentes blandos han comenzado a integrarse en el diseño robótico gracias a los avances en las técnicas de impresión 3D, lo que ha permitido a los investigadores aumentar la complejidad de estos sistemas pasivos.

La mano humana es increíblemente compleja, y la recreación de toda su destreza y adaptabilidad en un robot es un gran desafío de investigación. La mayoría de los robots avanzados actuales no son capaces de realizar tareas de manipulación que los niños pequeños pueden realizar con facilidad.

"La motivación básica de este proyecto es comprender la inteligencia incorporada, es decir, la inteligencia en nuestro cuerpo mecánico", señala la doctora Fumiya Iida, directora de la investigación.

Nuestro cuerpo dispone de diseños mecánicos como huesos, ligamentos y piel, que nos ayudan a comportarnos de manera inteligente, incluso sin un control activo dirigido por el cerebro.

“Al utilizar la tecnología de impresión 3D de última generación para imprimir manos blandas como las de los humanos, podemos estudiar la importancia de los diseños físicos aislándolos del control activo. Algo que es imposible de hacer con pianistas humanos, pues sus cerebros no se pueden ‘apagar’ como con nuestro robot”, señala Hughes.

Futuras investigaciones y aplicaciones

A pesar de las limitaciones de esta mano robótica, los investigadores afirman que su enfoque profundizará sobre los principios subyacentes de la dinámica esquelética para lograr tareas de movimiento complejas y superar las limitaciones de los sistemas de movimiento pasivo.

"El diseño mecánico puede cambiar la forma en que construimos los robots", explica Iida. Las posibles aplicaciones podrían enfocarse a la medicina o al manejo de objetos frágiles.

Este enfoque también reduce la cantidad de aprendizaje automático requerido para controlar la mano. El desarrollo de sistemas mecánicos con inteligencia incorporada hace que el control sea mucho más fácil de aprender para los robots.

Referencia

J.A.E. Hughes, P. Maiolino, F. Iida. An Anthropomorphic Soft Skeleton Hand Exploiting Conditional Models for Piano Playing. Science Robotics (2018). DOI: 10.1126/scirobotics.aau3098.