Humanoides listos para dar sus primeros pasos

Por Mike Oitzman | 12 de julio de 2023

La era de los humanoides está a la vuelta de la esquina. Los humanoides son un subconjunto de robótica que presenta un diseño bípedo (dos piernas), brazos y “manos” funcionales, un torso y una cabeza. No es necesario que estos robots recreen manos y dedos humanos, sino que sean capaces de interactuar con un mundo diseñado para humanos.

Los humanoides han estado relegados durante mucho tiempo a los laboratorios de investigación, pero recientemente las metas comenzaron a cambiar. Actualmente, las empresas están creando humanoides para realizar diversas tareas del mundo real. Esto significa que los humanoides pueden operar en entornos diseñados para humanos y trabajar junto a ellos.

A corto plazo, las tareas básicas para los humanoides incluirán recoger y mover objetos, ya sea individualmente o contenidos en bolsas o cajas. Las funciones avanzadas incluirán eventualmente la manipulación de perillas de puertas, apertura y cierre de puertas y cajones, y el uso de herramientas diseñadas para humanos.

Organizaremos un panel de apertura en RoboBusiness 2023 para discutir el estado de los humanoides. Jeff Cardenas, cofundador y director ejecutivo de Apptronik, Jonathan Hurst, cofundador y director de robots de Agility Robotics, y Geordie Rose, cofundadora y directora ejecutiva de Sanctuary, explorarán los avances tecnológicos que están impulsando a los humanoides al mundo real. . Compartirán sus conocimientos de primera mano sobre los desafíos y oportunidades que se avecinan y discutirán las industrias preparadas para ser las primeras en adoptar estas extraordinarias creaciones.

Veamos algunos de los humanoides que pronto serán lanzados y algunos de los desafíos involucrados en el desarrollo de estos sistemas avanzados.

Si bien humanoides como Terminator nos han entretenido durante mucho tiempo en las películas, crear un humanoide funcional para el mundo real sigue siendo una tarea difícil. El consumo de energía, la optimización de la relación potencia-peso, la rigidez mecánica, la computación de vanguardia, la confiabilidad y la seguridad de los componentes son algunas de las principales limitaciones de ingeniería del diseño humanoide.

Durante décadas, los robóticos han trabajado para perfeccionar los humanoides, mostrando numerosos prototipos y modelos funcionales. Algunos investigadores han dedicado sus carreras a perfeccionar la locomoción bípeda o el diseño de las manos, mientras que otros han intentado programar inteligencia artificial para darles a los robots una personalidad creíble que cruza el valle inquietante.

Uno de los humanoides más famosos fue el ASIMO de Honda, que se introdujo por primera vez en 2000. A diferencia de la mayoría de los humanoides modernos, con la excepción del Boston Dynamics Atlas, ASIMO era un peso pesado que pesaba 130 kg (286 libras).

Honda creó ASIMO como parte del proyecto de investigación Advanced Step in Innovative MObility. ASIMO fue incluido en el Salón de la Fama de los Robots en 2004 como el primer humanoide capaz de caminar dinámicamente. | Crédito: Honda

Se han producido varios avances técnicos y de ingeniería desde los días de ASIMO, todos los cuales están permitiendo diseños más livianos, tiempos de operación más prolongados y una computación de borde más rápida y capaz. Los avances en la química de las baterías, a partir de la evolución de los vehículos eléctricos, proporcionan el equilibrio adecuado entre densidad de energía y menor peso que son necesarios para ofrecer tiempos de ejecución más largos para los humanoides en libertad.

Las empresas han desarrollado plataformas informáticas de vanguardia que pueden procesar y fusionar datos de sensores a bordo del robot mientras controlan todas sus articulaciones en tiempo real. La potencia de procesamiento de una supercomputadora ahora se puede entregar en un formato pequeño y liviano.

La inteligencia artificial y el aprendizaje automático han evolucionado tan rápidamente en la última década que la próxima generación de humanoides podrá aprender rápidamente y responder a los cambios en su entorno. Esta funcionalidad es necesaria para que esta clase de robótica alcance su objetivo de ser polivalente.

Para esta próxima generación de humanoides, los desarrolladores tienen un conjunto de tecnologías altamente capaces para aprovechar mientras superan los límites de lo posible. Echemos un vistazo a dos de los humanoides más reconocibles que funcionan actualmente.

Boston Dynamics Atlas es probablemente el humanoide (real) más famoso jamás producido. Atlas ha aparecido en varios vídeos de YouTube e incluso en un comercial del Super Bowl, ya que realizó varios movimientos de baile y demostraciones en campos de parkour. Estos videos han obtenido millones de visitas en YouTube.

A pesar de todas sus increíbles capacidades, Atlas sigue siendo un proyecto de I+D y no hay planes para comercializar Altas en su forma actual. De hecho, Atlas sólo opera dentro de los límites de la sede de Boston Dynamics en Waltham, Massachusetts.

Atlas utiliza accionamiento hidráulico de alta presión para mover sus articulaciones. Es probable que eso tenga que cambiar antes de que Atlas sea adecuado para el trabajo en el mundo real. Boston Dynamics ha aprovechado la investigación y el desarrollo de Atlas para desarrollar el cuadrúpedo Spot disponible comercialmente.

Agility Robotics es actualmente el único humanoide disponible comercialmente diseñado para trabajos de producción y que se fabrica en grandes volúmenes. La compañía presentó el Digit de cuarta generación a principios de 2023 y está aceptando pedidos para aplicaciones de almacenamiento.

La característica más singular de Digit es que sus rodillas se doblan hacia atrás. Sus patas se derivan de las patas de los pájaros y proporcionan un modelo cinemático altamente eficiente que responde a entradas inesperadas y al mismo tiempo es energéticamente eficiente. Agility Robotics actualmente ostenta el récord de velocidad terrestre para un robot con patas, en parte debido a este diseño único.

Ha comenzado la carrera para diseñar y comercializar la próxima generación de humanoides. Varias empresas han recaudado grandes rondas de financiación para apoyar estos esfuerzos.

Aquí hay una lista de deseos de capacidades para esta primera generación de humanoides:

El diseño de manos y dedos será un gran diferenciador para esta primera generación de robots humanoides. Recrear una mano mecánica con cuatro dedos y un pulgar oponible que sea análoga a la mano humana sigue siendo un difícil desafío de ingeniería. La mayoría de las empresas de robótica que destacamos en la siguiente sección están diseñando manos altamente funcionales.

El desafío con el diseño de la mano es construir una mano con la flexibilidad y fuerza deseadas, y al mismo tiempo poder fabricarse a bajo costo y ser lo suficientemente robusta para sobrevivir a las operaciones diarias en una implementación comercial.

Agility Robotics tomó una decisión clave de no implementar un alto grado de libertad (DOF) en Digit, principalmente porque el robot no se implementa en casos de uso donde esto sea un requisito. Digit tiene un diseño manual simple pero robusto que le permite recoger y transportar contenedores y cajas completamente cargados dentro de un almacén. Es posible que en la hoja de ruta futura de Digit haya un DOF más alto una vez que el mercado lo exija.

El requisito principal para un humanoide funcional será operar eficazmente en entornos construidos por humanos. Estos robots se desplegarán en entornos de trabajo ya ocupados por humanos y trabajarán codo a codo con trabajadores humanos. Estos entornos operativos incluirán instalaciones de fabricación, almacenes, oficinas y hospitales. El objetivo no es cambiar ninguno de estos entornos para que se adapten a los robots, sino que los robots se adapten a estos entornos.

1X (anteriormente Halodi Robotics) ya ha comercializado con éxito su primera solución, Eve, un robot de apariencia humanoide con ruedas y autoequilibrio. Neo está posicionado para ser un verdadero humanoide con movimiento bípedo, de piernas y manos funcionales.

La compañía recaudó 23,5 millones de dólares adicionales en financiación Serie A en marzo de 2023 que incluía a OpenAI como uno de los inversores. "1X está a la vanguardia del aumento de la mano de obra mediante el uso de tecnologías avanzadas y seguras en robótica", dijo Brad Lightcap, director de operaciones de OpenAI y gerente del OpenAI Startup Fund. "El OpenAI Startup Fund cree en el enfoque y el impacto que 1X puede tener en el futuro del trabajo".

Efectivamente, 1X está listo para injertar el cuerpo de Eve a una base de pierna bípeda para esta nueva generación de robots. La empresa ya ha desarrollado capacidades de navegación autónoma y mapeo de instalaciones con Eve. La compañía ha anunciado que Neo se lanzará a finales de 2023.

1X Neo es el primer robot bípedo completamente humanoide desarrollado por 1X. | Crédito: 1X

Sanctuary.AI es una empresa canadiense que ha demostrado cinco generaciones de su robot Phoenix. La sexta generación, que se lanzará próximamente, será el primer humanoide verdadero de Sanctuary con piernas y movimiento bípedo. Las generaciones anteriores han evolucionado el torso, los brazos y la cabeza del robot.

Con las primeras versiones de Phoenix, Sanctuary desarrolló su software Carbon AI. La compañía ha sido prolífica durante el último año al publicar una serie de videos de YouTube que resaltan las capacidades en evolución de las primeras generaciones de Phoenix.

Aquí hay una muestra de lo que Phoenix puede hacer hoy:

Sanctuary.AI tiene como objetivo finales de 2023 el lanzamiento de la edición bípeda de Phoenix. El robot tendrá una altura de 170 cm y pesará 70 kg.

Apptronik ha desarrollado y entregado varias generaciones de exoesqueletos humanoides para el Departamento de Defensa de Estados Unidos. A partir de este trabajo, la empresa desarrolló Astra, su factor de forma humanoide de primera generación. De manera similar a la estrategia de Sanctuary.AI, Astra se desarrolló como una unidad de demostración de solo torso con brazos y manos funcionales. Apptronik desarrolló la coordinación mano-ojo para que Astra recogiera y manipulara objetos.

Se espera que la compañía con sede en Austin, Texas, lance un humanoide completamente nuevo a finales del verano de 2023 llamado Apollo. No hay fotografías de Apollo disponibles todavía, pero pude echar un vistazo a un prototipo durante una visita reciente a la sede de Apptronik. Ha desarrollado toda la cinemática del movimiento bípedo a través de sus proyectos de exoesqueleto.

Apollo se diferenciará de otros robots del mercado porque sus articulaciones serán accionadas por un novedoso diseño de actuador. Apptronik espera que esta novedosa característica de diseño ayude a reducir costos, reducir la complejidad y eliminar puntos de falla, al tiempo que brinda a las articulaciones y extremidades la rigidez y el accionamiento que necesitan.

Con la excepción de Tesla (y Agility Robotics), Figure AI es una de las empresas mejor financiadas en la carrera humanoide, habiendo recaudado más de 70 millones de dólares en financiación Serie A. Nuestra reciente conversación en podcast con el cofundador y director ejecutivo Brett Adcock destacó el progreso que está logrando la compañía hacia la primera generación de su humanoide Figura 01.

Fundada en 2022, la empresa ha reunido un equipo de ingeniería estelar con décadas de experiencia en humanoides de empresas como Boston Dynamics, Toyota Research Institute, Institute for Human Machine Cognition, Agility Robotics, Google y Apple.

Adcock es un experimentado ejecutivo de startups que ha lanzado con éxito dos negocios anteriores. Considera que el desarrollo humanoide es un problema desafiante, pero tiene un enfoque pragmático para resolver los grandes problemas y ha reunido todos los elementos necesarios para ofrecer una solución viable en este mercado. Figure AI también está adelantando el lanzamiento de su primer producto a finales de 2023.

Una imagen de la página de reclutamiento en el sitio web de Figure.AI. | Crédito: Figura.AI

En un famoso evento en vivo, el director ejecutivo de Tesla, Elon Musk, demostró el primer prototipo andante de su humanoide Optimus. El robot dio tentativamente sus primeros pasos en un escenario y Musk anunció que esta era la primera vez que Optimus caminaba sin ataduras.

Con esta demostración, Tesla también arrojó su sombrero colectivo hacia la raza humanoide. Sin embargo, por más sorprendente que haya sido ver a Optimus caminando en el escenario, lo más sorprendente que Musk anunció fue el precio de 20.000 dólares. En un momento de la robótica en el que la mayoría de los robots colaborativos (estacionarios) cuestan más que eso, este hito parece poco realista.

Sin embargo, una ventaja para el equipo de ingeniería de Tesla Optimus es que tienen un mercado interno y cautivo para Optimus. El equipo está trabajando con el equipo de producción automotriz de Tesla para definir los casos de uso de un humanoide. Casi todas las imágenes publicadas de Optimus lo muestran operando dentro de una instalación de producción de Tesla. Antes de que Optimus se lance públicamente, se habrá implementado e iterado en varias generaciones dentro de Tesla.

En los meses transcurridos desde esa primera demostración, Tesla ha seguido publicando vídeos adicionales de robots Optimus realizando tareas. Optimus es probablemente uno de los proyectos de desarrollo humanoide mejor financiados, pero Tesla ha declarado que puede ser hasta 2027 antes de que el producto esté disponible comercialmente.

Xiaomi es uno de los mayores fabricantes de teléfonos inteligentes de Asia y una empresa pública con un valor de más de 40 mil millones de dólares. La empresa sabe cómo diseñar, construir, vender y dar soporte a productos electrónicos de consumo. Al provocar su humanoide CyberOne, la compañía generó elegantes animaciones 3D de CyberOne, pero solo un video de imágenes reales de CyberOne en el escenario con el CEO Lei Jun durante un evento de lanzamiento.

CyberOne solo se ha mostrado con dos grados de libertad en mano/muñeca/dedo. Este es un diseño mucho más simple de lo que prometen empresas como Tesla, Figure, Sanctuary y Apptronik. Sin embargo, este diseño de mano simplificado pero robusto podría ser más apropiado para un humanoide de alto nivel con estilo de consumo.

El robot CyberOne mide 177 cm y pesa 52 kg, y se ha declarado que el precio de lista del robot es de 100.000 dólares. La compañía está adelantando una fecha de lanzamiento de 2023 para CyberOne, pero no se ha publicado más información sobre la realidad de este período de tiempo.

Fourier Intelligence, con sede en Shanghai, produce exoesqueletos desde 2017. La compañía presentó recientemente su humanoide de primera generación llamado GR-1. Con una altura de 1,65 metros y un peso de 55 kilogramos, GR-1 tiene 40 grados de libertad (actuadores) en todo su cuerpo. Con un par máximo de 300 NM generado por un módulo de articulación instalado en la cadera, el robot puede caminar a 5 kilómetros por hora y transportar objetos de 50 kg.

La empresa diseñó y desarrolló la serie de actuadores todo en uno Fourier Smart Actuator (FSA) como un actuador de alto rendimiento y bajo costo. La FSA es fundamental para el diseño de los exoesqueletos de la empresa y ahora del GR-1.

Fourier también está incorporando herramientas de inteligencia artificial como ChatGPT en el modelo de interacción del robot para permitir una interacción más natural con los humanos con quienes colaborará el GR-1. Fourier Intelligence está investigando oportunidades para implementar el robot en tareas de socorro y respuesta ante desastres, atención a personas mayores y servicios domésticos.

Los próximos 12 meses serán un período emocionante con al menos cinco empresas prometiendo lanzar sus humanoides de primera generación. La pregunta clave es qué tan funcionales serán estos nuevos robots cuando se lancen inicialmente. Pero aún abundan los desafíos difíciles:

Costo del sistema de contención: No hay duda de que estos sistemas serán los robots autónomos más complejos jamás desarrollados. Pero un desafío de comercialización importante será minimizar la lista de materiales y desarrollar componentes robustos y de fácil mantenimiento. Los costos de los componentes y el precio general del sistema serán diferenciadores clave para estos sistemas.

La seguridad será clave: Otro obstáculo para todos estos sistemas es la seguridad. Da miedo pensar en lo que sucede cuando un robot de 70 kg (155 lb) falla y cae al suelo. Si uno de estos robots pierde el equilibrio e intenta compensarlo para reequilibrarse o se cae, podría herir a las personas cercanas o dañar la propiedad. Todos hemos visto y nos hemos reído de los vídeos de Boston Dynamics Atlas y Spot siendo intimidados por un manipulador con un palo de hockey, pero no es broma cuando estos robots trabajan con el público en general y con usuarios no profesionales.

Se espera que los humanoides eventualmente colaboren y trabajen junto con los humanos. Las funciones de seguridad, los algoritmos de recuperación y los protocolos desarrollados por los distintos fabricantes de humanoides siguen siendo áreas importantes de investigación y desarrollo. Será necesario que todos estos proveedores demuestren que sus humanoides se portan bien y tienen modos de falla predecibles antes de que se autorice el despliegue de los sistemas.

Para ayudar con algunos de estos desafíos de desarrollo, ASTM International creó recientemente un subcomité de robótica con patas. El subcomité se centrará en pruebas y estándares de rendimiento para robots con patas, incluidos los humanoides, que operan de forma semiautónoma o en modos totalmente automatizados.