Humanoides y exoesqueletos: equilibrio, control, realidad

Cada usuario de exoesqueleto es distinto

Qué ocurre. Un exoesqueleto debe ayudar a la persona a moverse, no luchar contra ella. Pero el tamaño del cuerpo, la fuerza, la marcha y la fatiga difieren de una persona a otra y cambian a lo largo del día.

Qué cuesta. Un regulador ajustado para una persona resulta incómodo para la siguiente. Los usuarios empujan contra el dispositivo, baja el confort y sufre la aceptación. El ajuste exige un terapeuta o un ingeniero para cada usuario.

Por qué la solución habitual no funciona. Los ajustes fijos para unos pocos tipos de cuerpo son un comienzo, pero no alcanzan al individuo. Reajustar a mano después de cada sesión no es práctico en el uso diario.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de sesiones grabadas (ángulos de articulaciones, pares, fuerzas de interacción) compruebo cuánto de la diferencia entre usuarios se puede aprender y adaptar. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si un regulador adaptativo basado en modelo podría ajustarse solo a cada usuario y qué sensores necesitaría.

Los robots con patas y con ruedas sobre patas se caen en terreno irregular

Qué ocurre. Los robots con patas o con ruedas sobre patas tienen que mantener el equilibrio en pendientes, escalones y suelos resbaladizos, mientras llevan cargas que se desplazan. El contacto con el suelo los lleva al límite.

Qué cuesta. Las caídas dañan al robot y detienen el trabajo. Los desarrolladores hacen la marcha lenta y cautelosa, y el robot no hace aquello para lo que se compró.

Por qué la solución habitual no funciona. Ajustar la marcha para un terreno en el laboratorio no se traslada a otros. El aprendizaje por refuerzo entrenado en simulación puede fallar en suelo real de maneras que nadie sabe explicar.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de los registros de pruebas (movimiento del cuerpo, fuerzas de contacto, deslizamiento del pie) compruebo qué hace el regulador en el límite del equilibrio. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si un control predictivo con límites explícitos de fuerzas de contacto y pares de articulación mantendría al robot donde falla una marcha ajustada.

Es difícil encontrar personal para el control de cuerpo completo en hardware embebido

Qué ocurre. Un humanoide tiene decenas de articulaciones que deben coordinarse mientras mantiene el equilibrio. El regulador tiene que funcionar deprisa, en un hardware de cálculo dentro del robot mucho menor que una estación de trabajo.

Qué cuesta. Los conocimientos para combinar control predictivo de cuerpo completo con código en tiempo real son escasos. Los puestos siguen abiertos y el equipo recurre a un regulador más simple y con menos capacidad.

Por qué la solución habitual no funciona. Ejecutar el regulador completo fuera del robot no es una opción para un robot que debe caminar libre. Una política neuronal entrenada en simulación es difícil de certificar y de depurar.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. Reviso la formulación de su regulador y su tiempo de cálculo medido en el equipo de destino. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice dónde un modelo reducido o un solucionador más rápido llevaría el regulador al presupuesto de tiempo, y cómo probarlo por pasos.

La brecha entre la simulación y el hardware real

Qué ocurre. Un robot se desarrolla en simulación, donde el regulador funciona bien. En el hardware real, con rozamiento, holguras, piezas flexibles y retardo de los sensores, se comporta de otra manera.

Qué cuesta. El equipo pierde semanas de tiempo de hardware ajustando lo que prometía la simulación. Las pruebas en hardware real son arriesgadas, porque un mal regulador puede romper el robot.

Por qué la solución habitual no funciona. Hacer la simulación más detallada no cierra la brecha si los parámetros son suposiciones. Ajustar a mano las ganancias en el robot es lento y se pierde en el siguiente cambio de hardware.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de movimientos grabados del robot real, compruebo con qué fidelidad los reproduce un modelo con parámetros identificados. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si la identificación del sistema y la estimación de estado cerrarían la mayor parte de la brecha y qué movimientos grabar primero.

Es difícil encontrar personal para la locomoción con optimización de trayectorias y control predictivo

Qué ocurre. Caminar exige que el robot planifique sus pasos por adelantado y los ajuste a medida que se mueven el suelo y el cuerpo. Esto se hace con optimización de trayectorias y control predictivo, un campo con pocas personas con experiencia.

Qué cuesta. A los equipos les cuesta contratar para ello. Sin eso, el robot camina despacio, y cada nueva marcha es un proyecto de investigación.

Por qué la solución habitual no funciona. Las marchas grabadas del movimiento humano y reproducidas no responden a un empujón ni a un paso inesperado. El aprendizaje por refuerzo por sí solo no puede garantizar que se respeten los límites de fuerza y de par.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. Reviso con sus registros cómo planifica y replanifica su regulador de marcha. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice qué marchas podría cubrir una formulación predictiva y qué tendría que construir el equipo a su alrededor.

La producción en serie de humanoides exige control y pruebas a gran escala

Qué ocurre. Varias empresas planean la producción en serie de robots humanoides en pocos años. Un prototipo que camina en el laboratorio tiene que convertirse en un producto del que miles de unidades caminen de la misma manera.

Qué cuesta. El equilibrio, el control de cuerpo completo y la prueba de cada unidad antes de salir de la fábrica se convierten en un problema de producción, no de investigación. Las diferencias entre unidades en articulaciones y accionamientos se notan en la marcha.

Por qué la solución habitual no funciona. Ajustar a mano cada robot no escala. Una prueba que dura una hora por unidad es demasiado lenta para una línea.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de los datos de unas pocas unidades prototipo, compruebo cómo afecta la variación entre unidades al regulador y qué partes se pueden estimar y corregir en la fábrica. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice qué aspecto tendrían una prueba de producción y una calibración del control.