Robots utilizan IA para ‘sentir’ dolor y autorepararse

Los robots están un paso más cerca de ser más como seres vivos con un nuevo desarrollo dentro del campo. Los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han creado un sistema de IA que permite a los robots reconocer el dolor y autorepararse. 

El sistema recién desarrollado se basa en nodos de sensores habilitados por IA, que procesan el ‘dolor’ y luego responden a él. Este dolor se identifica cuando se aplica una fuerza física externa. La otra parte importante del sistema es la autoreparación. El robot es capaz de reparar el daño, cuando se trata de una lesión menor, todo sin tener que depender de la intervención humana.

La investigación se publicó en agosto en la revista Nature Communications.

La mayoría de los robots actuales del mundo reciben información sobre su entorno inmediato a través de una red de sensores. Sin embargo, estos sensores no procesan la información, sino que envían la información a una unidad central de procesamiento. Esta unidad central de procesamiento es donde se produce el aprendizaje, y significa que los robots actuales requieren muchos cables. Este sistema resulta en tiempos de respuesta más largos. 

Además de los tiempos de respuesta más largos, estos robots suelen ser fácilmente dañados y requieren mucho mantenimiento y reparación. 

El nuevo sistema

En el nuevo sistema desarrollado por los científicos, la IA se integra en la red de nodos de sensores. Hay múltiples unidades de procesamiento más pequeñas y menos potentes, a las que los nodos de sensores están conectados. Esta configuración permite que el aprendizaje tenga lugar localmente, lo que a su vez reduce la cantidad de cables necesarios y el tiempo de respuesta. Específicamente, se reduce cinco a diez veces en comparación con los robots convencionales.

El sistema de autoreparación proviene de la introducción de un material de gel iónico autoreparable en el sistema. Esto permite a los robots recuperar las funciones mecánicas cuando están dañados, sin la ayuda de los humanos. 

El profesor asociado Arindam Basu es coautor principal del estudio. Proviene de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. 

“Para que los robots trabajen junto con los humanos un día, una preocupación es cómo garantizar que interactuarán de manera segura con nosotros. Por esa razón, los científicos de todo el mundo han estado buscando formas de dar a los robots una sensación de conciencia, como ser capaces de ‘sentir’ dolor, para reaccionar a él y soportar condiciones de funcionamiento duras. Sin embargo, la complejidad de reunir la multitud de sensores necesarios y la fragilidad resultante de tal sistema es una barrera importante para su adopción generalizada.”

Según Basu, quien también es un experto en computación neuromórfica, “Nuestro trabajo ha demostrado la factibilidad de un sistema robótico que puede procesar información de manera eficiente con un mínimo de cables y circuitos. Al reducir la cantidad de componentes electrónicos necesarios, nuestro sistema debería ser asequible y escalable. Esto ayudará a acelerar la adopción de una nueva generación de robots en el mercado.” 

Enseñar al robot a sentir dolor

Para enseñar al robot a sentir dolor, el equipo se basó en memtransistores, que actúan como dispositivos electrónicos ‘cerebrales’. Estos dispositivos pueden tener memoria y procesamiento de información, actuando como receptores y sinapsis artificiales de dolor. 

El estudio demostró cómo el robot podía seguir respondiendo a la presión incluso después de haber sido dañado. Después de una ‘lesión’, como un corte, el robot pierde la función mecánica. Es entonces cuando el gel iónico autoreparable entra en acción y hace que el robot se cure la ‘herida’, básicamente cosiéndola. 

Rohit Abraham John es el primer autor del estudio y becario de investigación en la Escuela de Ciencia y Ingeniería de Materiales de la NTU.

“Las propiedades autoreparadoras de estos dispositivos novel ayudan al sistema robótico a coserse repetidamente cuando está ‘herido’ con un corte o rasguño, incluso a temperatura ambiente”, dice John. “Esto imita cómo funciona nuestro sistema biológico, similar a la forma en que la piel humana se cura sola después de un corte.” 

“En nuestras pruebas, nuestro robot puede ‘sobrevivir’ y responder al daño mecánico no intencional que surge de lesiones menores como rasguños y golpes, mientras sigue funcionando de manera efectiva. Si tal sistema se utilizara con robots en entornos del mundo real, podría contribuir a ahorros en mantenimiento.”

Según el profesor asociado Nripan Mathews, quien es coautor principal procedente de la Escuela de Ciencia y Ingeniería de Materiales de la NTU, “Los robots convencionales realizan tareas de manera programada y estructurada, pero los nuestros pueden percibir su entorno, aprender y adaptar su comportamiento en consecuencia. La mayoría de los investigadores se centran en hacer sensores más y más sensibles, pero no se centran en los desafíos de cómo pueden tomar decisiones de manera efectiva. Esta investigación es necesaria para que la próxima generación de robots interactúe de manera efectiva con los humanos.”

“En este trabajo, nuestro equipo ha adoptado un enfoque que está fuera del camino trillado, aplicando nuevos materiales de aprendizaje, dispositivos y métodos de fabricación para que los robots imiten las funciones neurobiológicas humanas. Aunque todavía está en la etapa de prototipo, nuestros hallazgos han sentado las bases importantes para el campo, señalando el camino hacia adelante para que los investigadores aborden estos desafíos.”

El equipo de investigación ahora se dirigirá a socios en la industria y laboratorios de investigación gubernamentales para avanzar aún más en el sistema.