Neurobótica, la disciplina que «da vida» a las máquinas

Las máquinas no se mueven como los seres vivos. Un robot puede imitar la sutileza de una caricia, o superar en precisión el revés de un tenista, pero sus movimientos no parecen tan fluidos. Parecen, porque lo son,«mecánicos». La capacidad de aprender de cada gesto, y perfeccionarlo poco a poco, marcan la diferencia.

Los seres humanos son capaces de realizar movimientos complejos y de alta precisión —como escribir a mano— con poco esfuerzo. El cerebelo es el encargado de que así sea, ya que aprende, corrige y optimiza cada gesto basado en la experiencia previa. Un grupo de investigadores de la Universidad de Granada ha desarrollado suequivalente informático. Con él pretenden conferir a un brazo robótico la capacidad de adaptar y mejorar sus movimientos como lo hacen los seres vivos. «Intentamos copiar la arquitectura de control del cerebelo», explica Richard Carrillo, encargado de programar la red neuronal artificial que la emula.

Cuando un bebé intenta levantar un objeto, a menudo lo hace con mucha más fuerza de la necesaria. El cerebelo es el encargado de analizar gestos cotidianos no reflejos —pero que se realizan sin pensar— y, basándose en tanto en la respuesta sensorial como en el propio resultado de los mismos, corregirlos en las siguientes ocasiones. Por eso los movimientos muy ensayados —de un acróbata, un malabarista o un pianista— resultan elegantes y aparentemente sencillos de replicar. Cuando un individuo sufre una lesión en el cerebelo sus movimientos se vuelven torpes e imprecisos. Una borrachera también afecta a la misma zona del sistema nervioso.

Interacción entre humanos y máquinas

En el campo de la robótica industrial, la alta precisión y la velocidad se logran a costa de un alto consumo energético. Un brazo mecánico que transporte distintos objetos —de distinto peso o forma— de un lugar a otro, necesita ser suficientemente grande y fuerte para que ninguna configuración afecte a su movimiento. Esto hace potencialmente peligroso que interactúen máquinas y humanos. «Puede haber mucha energía implicada, y si algo sale mal, hacer mucho daño a la persona», asegura Niceto Luque, investigador del proyecto. Su grupo trata de ofrecer un sistema por el cual el robot solo aplique la fuerza estrictamente necesaria y sea, por tanto, más seguro y suave.

Según su artículo, publicado en International Journal of Neural Systems, hay dos modelos principales para explicar cómo corrige y mejora los movimientos el cerebelo, «Forward» y «Recurrent». El grupo de investigadores ha optado por implementar ambos en su proyecto. «Simplificándolo mucho», afirma Luque, el primero se centra en corregir y detectar errores de fuerza, mientras que el segundo lo hace con los de trayectoria. «Ambos se han de complementar», concluye. En los dos casos, su programa de control del brazo robótico analiza los fallos a través de una red neuronal artificial. Si ha habido exceso o defecto de fuerza, o si la trayectoria se ha ajustado a la predeterminada. Después hace las correcciones pertinentes y las recuerda. Para replicar el cerebelo usan EDLUT, un programa diseñado por Carrillo que, según cuenta, «es una red neuronal bastante parecida a una biológica».

Un brazo robótico

Los investigadores han construido un pequeño brazo robótico de dos articulaciones —capaz de moverse en dos dimensiones— con el que poner a prueba su sistema. «Si solo tienes en cuenta la precisión», apunta Luque, «los sistemas tradicionales cometen menos errores». Pero a ellos les interesa más la capacidad de registrar esos fallos, corregirlos, y que además el sistema aprenda de ellos. Que, con el tiempo, use la fuerza mínima imprescindible para trazar la trayectoria solicitada, sean cuales sean las circunstancias.

En sus experimentos introdujeron el extremo del brazo robótico en una caja de arena —para que ofreciese fricción— y le pidieron que dibujase cuatro líneas rectas desde el centro. Una arriba, otra abajo, otra a la derecha y otra a la izquierda. A cada paso la máquina debía aprender de lo ocurrido y mejorarlo poco a poco. Las pruebas más complejas, con robots con más articulaciones, las han tenido que simular por ordenador.

Enmarcan su línea de trabajo dentro de la «neurobótica», una disciplina que trata de aunar dos campos de la ciencia en apariencia muy distantes. Además de para avanzar la robótica industrial y la interacción de máquinas con humanos, su trabajo también sirve para que los neurofisiólogos —los científicos que estudian la estructura del sistema nervioso— pongan a prueba sus hipótesis, asegura Luque. Su sistema permite estudiar la solvencia de distintosmodelos neuronales del cerebelo.

La finalidad de su investigación, afirma Luque, es comprender mejor el control de movimientos humanos para que, en un futuro, «el mundo de la ciencia ficción que nos vende Hollywood sea un poco más real».

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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