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 su equivalente 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
distintos modelos 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».