BionicSoftHand: mano robótica neumática con inteligencia artificial

BionicSoftHand

Mano robótica neumática con inteligencia artificial

Diariamente utilizamos las manos de forma natural para realizar las tareas más diversas, como para palpar, tocar o apretar, así como para agarrar, sujetar o girar objetos. Al fin y al cabo, la mano humana es una herramienta maravillosa de la naturaleza. Por eso, ¿qué mejor que dotar a los robots utilizados en espacios de trabajo colaborativos de un mecanismo de agarre que esté inspirado en este modelo natural y que, mediante inteligencia artificial, pueda aprender a realizar los movimientos de agarre y de giro más variados?

«Reinforcement Learning»: el principio de la recompensa

En la BionicSoftHand se emplea el método del «reinforcement learning», es decir, el aprendizaje por refuerzo. Esto significa que la mano no necesita imitar una acción concreta, sino que únicamente debe alcanzar un objetivo predeterminado. Esto es algo que intenta mediante un proceso de aproximación (prueba y error). A partir de las respuestas que obtiene (tanto positivas como negativas), va optimizando poco a poco sus acciones hasta que, finalmente, consigue realizar la tarea de forma correcta.

El gemelo digital de la mano robótica real

En concreto, la BionicSoftHand tiene que girar un cubo de doce caras de manera que, al final, quede hacia arriba una cara predeterminada. La estrategia de movimiento necesaria para ello se programa en un entorno virtual mediante un gemelo digital, que se genera a partir de los datos de una cámara con sensor de profundidad y de los algoritmos de la inteligencia artificial.

BionicSoftHand: el gemelo digital de la mano robótica real

Gemelo digital: la mano robótica real y su reproducción virtual en el modelo de simulación

Rápida transferencia de conocimientos mediante el «massive parallel learning»

El modelo de simulación digital acelera el procedimiento de forma considerable, en particular, si se multiplica. A través del denominado «massive parallel learning» o aprendizaje masivo en paralelo, los conocimientos adquiridos se comparten con todas las manos virtuales, que después continúan trabajando con los conocimientos actualizados, con lo que los errores solo se producen una vez. Asimismo, todos los modelos disponen de inmediato de las acciones ejecutadas correctamente.

Después de practicar con el controlador en la simulación, este se transfiere a la BionicSoftHand real. Gracias a la estrategia de movimiento que ha aprendido virtualmente, ahora puede girar el cubo hasta encontrar la cara deseada y, en un futuro, colocar otros objetos en la posición correspondiente. De esta forma, los módulos de conocimientos ya adquiridos y las nuevas aptitudes también pueden compartirse con otras manos robóticas y facilitarse a nivel global.

BionicSoftHand: componente de robótica blanda altamente integrado

Cinemática neumática con tejido en 3D

A diferencia de la mano humana, la BionicSoftHand no tiene huesos, sino que controla sus movimientos a través de las estructuras de fuelle neumáticas que tiene en los dedos. Cuando las cámaras se llenan de aire, los dedos se flexionan. Cuando están vacías, se mantienen estirados. El pulgar y el índice cuentan además con un módulo giratorio que permite que estos dos dedos puedan moverse también lateralmente. Como resultado, la mano robótica biónica dispone de un total de doce grados de libertad.

Los fuelles de los dedos están envueltos en una funda especial textil en 3D tejida con hilos elásticos y de alta resistencia. Este tejido permite determinar exactamente en qué puntos se expande la estructura, lo que despliega su fuerza, y en cuáles se evita la expansión.

Regulación precisa a través de válvulas piezoeléctricas proporcionales

Para minimizar al máximo el trabajo de colocación de tubos flexibles de la BionicSoftHand, los desarrolladores han construido específicamente un terminal de válvulas compacto con regulación digital que está montado directamente debajo de la mano. De esta forma no es necesario tender los tubos para el control de los dedos a lo largo de todo el brazo robótico. Esto facilita una conexión y una puesta en servicio rápidas y sencillas de la BionicSoftHand con tan solo un tubo flexible de alimentación de aire y otro de escape. Además, las válvulas piezoeléctricas proporcionales utilizadas permiten regular el movimiento de los dedos de forma precisa.

Gran potencial para la colaboración entre personas y robots

Su cinemática flexible y neumática y el uso de materiales elásticos y componentes ligeros hacen que la BionicSoftHand se distinga de las manos robóticas eléctricas o de cuerda y hace posible su fabricación a bajo coste. Gracias a su estructura modular, también es viable fabricar modelos con tres o cuatro dedos.

Si se combina con robots neumáticos ligeros (como el BionicCobot o el BionicSoftArm), es posible además una colaboración directa y segura entre personas y robots. Ambos robots son completamente flexibles y, a diferencia de los robots de fábricas convencionales, no tienen que separarse de los operadores.

Por ello, la BionicSoftHand está predestinada para utilizarse en los espacios de trabajo colaborativos de la fábrica del futuro. Dado que la mano robótica puede agarrar tanto con fuerza como con sumo cuidado, también podría utilizarse como mano auxiliar en procesos de montaje, así como en la robótica de servicios.