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Robots Monobola dinámicamente estables

Robobola3En el número de diciembre de Investigación y Ciencia el profesor Ralph Hollis publicaba el artículo Robots Monobola donde podían verse algunos avances en movilidad de robots. Lo que lleva años investigando es la forma de emplear una única y enorme bola que pueda mantener estables a los robots (de forma dinámica, mediante pequeños ajustes rápidos), al tiempo que también sirve para moverlo. Esto es algo parecido a cómo funcionan los conocidos Segways, aunque en un «más difícil todavía» porque sin duda parece más complicado mantener el equilibro sobre una bola que sobre dos ruedas. Los robots de este tipo, llamados robo-bolas o ball-bots, tienen un aspecto peculiar, son altos y delgados y tienen una movilidad diferente, en ciertos modos superior a la de otros modelos, aunque seguramente no puedan hacer cosas como subir escaleras como sí hace Asimo.

Buscando algo más visual al respecto, encontré la página del proyecto, que se denomina Dynamically-Stable Mobile Robots in Human Environments y pertenece al Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon. Allí se cuenta todo sobre estos robobolas y hay algunos documentos y vídeos. El robot es casi tan alto como una persona, puede llegar a ser bastante pesado y con un centro de gravedad alto, y cuenta con una gran bola de aluminio y recubierta de goma propulsada por dos motores (tres en el futuro) para mantenerse en equilibrio y moverse.

RobobolaUn detalle interesante es que los robots monobola han de emplear giróscopos para conocer su orientación y mantener el equilibrio. Pero en este caso, no son «giróscopos tradicionales» sino giróscopos de fibra óptica sin masas giratorias, similares a los de los Segways. En su interior hay una bobina de fibra óptica, que envía ondas de luz que se interfieren. Cuando el robot gira y se mueve las pequeñas diferencias en los trayectos de las ondas y sus interferencias son detectadas por los sensores y llegan al ordenador. Montando tres giróscopos de este tipo ortogonalmente (perpendiculares entres sí) y procesando los datos cientos de veces por segundo se consigue simular informáticamente un giroscopio tradicional, con la diferencia de que no tiene el «problema de la vertical», que resulta clave en este caso. Este problema (conocer la dirección exacta de la vertical en un momento en un punto cualquiera) no es fácil de resolver ni siquiera hoy en día; un giroscopio normal tiene el problema de que se mantiene siempre en la misma dirección, que no tiene por qué ser siempre la vertical si el objeto se desplaza. A partir de esa información, el robot acciona los diferentes motores que hacen rodar la bola (algo parecido a la bola de un ratón de ordenador y los rodillos que la sujetan, pero al revés) para moverse o mantener el equilibrio. La solución es realmente ingeniosa.

Robobola2Se pueden ver un par de vídeos sobre cómo un robobola responde a las perturbaciones y empujones [vídeo MPEG, 18 MB] y cómo se mueve un robobola de un lugar a otro [vídeo MPEG, 20 MB] para hacerse una idea de cómo funcionan estos robots. Tal y como cuentan en el artículo original, la idea es que esta solución de movilidad monobola puede resultar práctica y barata, similar a la de dos ruedas aunque inferior a la larga a robots bípedos que puedan caminar y subir escaleras, pero puede ser útil y más flexible para ciertas aplicaciones.