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¿Robots con un mejor tacto? El mundo los demanda y los científicos los desarrollan

Actualizado el 19 de septiembre de 2014 a las 06:55 pm

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¿Robots con un mejor tacto? El mundo los demanda y los científicos los desarrollan

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El doctor Nikolas Blevins, cirujano de cuello y cabeza en el Stanford Health Care, y Hollin Calloway, residente de tercer año, utilizan tecnología háptica para practicar procedimientos con software 3D en el Stanford University Hospital, en Palo Alto, California. (Jason Henry / The New York Times)

Stanford, California.

En las fábricas y los almacenes, es rutinario que los robots superen a los humanos en fuerza y precisión. Los programas informáticos de inteligencia artificial pueden guiar coches, vencer a los grandes maestros del ajedrez y hacerle morder el polvo a los campeones de “Jeopardy!”.

Sin embargo, las máquinas siguen careciendo de un elemento crítico que evitará que opaquen a la mayoría de las capacidades humanes en cualquier momento: un sentido del tacto bien desarrollado.

Por ejemplo, ya es parte de la rutina del doctor Nikolas Blevins, un cirujano de cabeza y cuello en atención de la salud en Stanford, realizar operaciones del oído en las que necesita laminar hueso con suficiente destreza como para dejar una superficie interna tan delgada como la membrana de un cascarón de huevo.

Blevins está colaborando con los robotistas J. Kenneth Salisbury y Sonny Chan en el diseño de programas informáticos que hagan posible ensayar estas operaciones antes de llevarlas a cabo.

El programa mezcla rayos X y datos de resonancias magnéticas para crear un vívido modelo tridimensional del oído interno, lo que permitiría al cirujano practicar taladrar el hueso, hacer un recorrido visual del cráneo del paciente y “sentir” virtualmente las diferencias sutiles en el cartílago, el hueso y el tejido blando.

No obstante, sin importar cuán riguroso o refinado, el programa informático solo proporciona la aproximación más burda del sensible tacto de Blevins. “Para poder hacer una operación virtual realmente necesitas tener tecnología del tacto”, notó, refiriéndose a la tecnología por la cual es posible imitar las sensaciones del tacto en una simulación por computadora.

Limitaciones actuales

Las limitaciones de los programas informáticos tipifican a las de la robótica, en la cual los investigadores van rezagados en cuanto al diseño de máquinas que desempeñen tareas que los humanos hacen rutinariamente en forma instintiva.

Desde que se diseñó el primer brazo robótico en el Laboratorio de Inteligencia Artificial de Stanford en los 1960, los robots han aprendido a desempeñar trabajos repetitivos en las fábricas, pero apenas si pueden abrir una puerta, levantarse solos si se caen, sacar una moneda de un bolsillo o hacer piruetas con un lápiz.

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Hasta tiene nombre la correlación entre la inteligencia artificial altamente evolucionada y la ineptitud física: la paradoja de Moravec, por el pionero de la robótica, Hans Moravec, quien escribió en 1988: “Comparativamente, es fácil hacer que las computadoras muestren un desempeño al nivel de un adulto en las pruebas de inteligencia o al jugar damas, y es difícil o imposible darles las habilidades de un niño de un año de edad cuando se trata de percepción y movilidad”.

Los avances en la háptica y la cinemática, el estudio del control del movimiento en cuerpos articulados, son esenciales si los robots han de colaborar alguna vez con los humanos en funciones esperadas como la de trabajador de servicios alimentarios, celador hospitalario, secretario de oficina y asistente sanitario. “Solo se requiere de tiempo, y es más complicado”, dijo sobre tales avances Ken Goldberg, un robotista en la Universidad de California, en Berkeley. “Los humanos son realmente buenos en esto, y tienen millones de años de evolución”.

El tacto es un sentido muchísimo más complicado de lo que se podría pensar. Los humanos tienen un conjunto de órganos que les permiten sentir la presión, la fuerza pura, la temperatura y las vibraciones con precisión asombrosa. Investigadores alemanes han mostrado que el cerebro de los mapaches ha evolucionado a ser el más sofisticado del mundo animal, con funciones para procesar impulsos táctiles en la oscuridad.

La investigación indica que nuestro sentido del tacto es, de hecho, varios órdenes de magnitud más finos de lo que se creía antes. En otoño pasado, por ejemplo, científicos suecos reportaron en la revista Nature que la dinámica del tacto humano –por ejemplo, cuando un dedo se desliza por una superficie– puede distinguir rugosidades no más elevadas que 13 nanómetros. Esa es la escala de las moléculas individuales. O, como lo expresó Mark Rutland, un profesor de química de superficies en el Real Instituto KTH de Tecnología en Suecia, si el dedo fuera tan grande como la Tierra, podría sentir la diferencia entre un coche y una casa.

Fisiólogos han mostrado que los órganos mecanorreceptores, incrustados a distintas profundidades en la piel, detectan la interacción entre un dedo y una superficie. Algunos son sensibles a los cambios en el tamaño o forma de un objeto y otros, a las vibraciones.

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En el caso de pequeñas variaciones en las superficies, las señales provienen de los corpúsculos de Pacinian, unas estructuras en forma de óvalo, de cerca de un milímetro de longitud que envían la señal cuando se deforman. Replicar esa sensibilidad es el objetivo de la háptica, una ciencia que cada vez tiene más que ver en la conexión entre el mundo de la informática y los humanos.

Mako Surgical, una empresa fundada en 2004 por el robotista Rony Abovitz, ha hecho uno de los avances más significativos en la hepática.  En 2006, Mako empezó a ofrecer un robot que proporciona retroalimentación precisa a los cirujanos que reparan las articulaciones de rodillas artríticas. “Pensé que la háptica era una forma de combinar la inteligencia de las máquinas con la inteligencia humana en una forma en la que la máquina haría aquello en lo que eran buenas y el humano haría aquello en lo que los humanos son buenos, y había esta simbiosis realmente interesante que podría ocurrir”, dijo Abovitz y agregó: “El cirujano sigue teniendo el sentido de control y puede poner la energía en el movimiento y empujar, pero toda la guía inteligente y lo que pensaste que haría normalmente el cirujano lo hace la máquina”.

Preocupación creciente

Hasta en las industrias en las que ya se consolidaron los robots, los expertos se preocupan por los peligros que representan para las personas que trabajan junto a ellos.

Los robots han causado docenas de muertes y lesiones en los centros de trabajo en Estados Unidos; si ha de suceder alguna vez una revolución robótica, los científicos tendrán que crear máquinas que cumplan con rigurosos estándares de seguridad, y que ello no sea costoso. Más allá de los avances necesarios para una seguridad básica, los científicos se están concentrando en aspectos más sutiles del tacto. El año pasado, investigadores en el Tecnológico de Georgia informaron en la revista Science que habían fabricado montones de pequeños transistores llamados taxeles para medir los cambios en las cargas eléctricas que envían la señal de tensión o presión mecánicas. El objetivo es diseñar aplicaciones sensibles al tacto, que incluyan piel artificial para los robots y otros aparatos.

Gran parte de la investigación está centrada en la visión y su papel en el tacto. El Da Vinci Xi más reciente, un sistema quirúrgico desarrollado por Intuitive Surgical Inc., utiliza cámaras 3 D de alta resolución para permitir que los doctores realicen operaciones delicadas desde lejos, manipulando instrumentos quirúrgicos pequeñitos.

La compañía se centró en darles a los cirujanos mejor visión porque el tacto necesario para operar en tejido blando, como el de los órganos, todavía está muy lejos de la capacidad de la tecnología táctil.

Curt Salisbury, un importante ingeniero investigador en el SRI International, un instituto de investigación sin fines de lucro, dijo que si bien los cirujanos podrían depender de señales visuales proporcionadas por los tejidos blandos para comprender las fuerzas que ejercen sus herramientas, hay momentos en los que no sería suficiente la sola visión. “La retroalimentación háptica es crucial cuando no tienes un buen acceso visual”, notó.

Otros investigadores creen que los avances en los sensores que dan forma con mayor precisión a la piel humana, así como los algoritmos que fusionan la visión, la háptica y la cinemática, conducirán a vastas mejoras en la próxima generación de robots.

Eduardo Torres-Jara, profesor adjunto de robótica en el Instituto Politécnico Worcester en Massachusetts, quien ha definido una teoría alternativa, a la cual describe como “robótica sensible”, sigue su propio camino. Creó un modelo de movimiento robótico, de agarrar y manipular, que comienza con simplemente saber dónde se topan los pies y las manos del robot con el piso o con un objeto. “Todo se trata de reconocer las situaciones táctiles y de comprender eso muy bien”, comentó. Usó piel artificial, inspirada en la biología, la que puede detectar cambios pequeños en las fuerzas magnéticas, para construir un robot de dos piernas que camina, puede balancearse y dar zancadas porque mide las fuerzas cambiantes en la planta de los pies. Que mejore el desempeño táctil dependerá de que se tenga mayor potencia informática, y es posible que la ayuda ya esté en camino

Goldberg, el robotista de Berkeley, empezó a diseñar sistemas robóticos basados en nubes que pueden aprovechar vastas reservas de potencia informática vía internet. “Estoy muy emocionado con la idea de la robótica de nubes”, comentó. “Levanta las limitaciones de la informática que siempre hemos tenido”.

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