Bajo tierra, el trabajo en equipo de los robots salva el día

Cuando un edificio de estacionamientos de Manhattan se derrumbó en abril de este año, los equipos de rescate se mostraron reacios a permanecer en el edificio dañado, por temor a que se dieran más derrumbes. Así que utilizaron una combinación de drones voladores y un robot andante parecido a un perro para inspeccionar los daños, buscar sobrevivientes y asegurarse de que el lugar era seguro para que regresaran los socorristas humanos.

A pesar de que el perro robot se cayó de lado mientras caminaba sobre una pila de escombros —un momento que se hizo famoso en Internet—, el alcalde de Nueva York, Eric Adams, calificó el uso de los robots como un éxito, afirmando que habían garantizado que no hubiera sobrevivientes que pasaran desapercibidos, al tiempo que ayudaban a mantener a salvo a los rescatistas humanos.

Pronto, los equipos de rescate podrán recurrir a una respuesta robótica de búsqueda y salvamento mucho más sofisticada. Los investigadores están desarrollando equipos de robots que vuelan, caminan y ruedan y que pueden cooperar para explorar zonas que ningún robot podría explorar por sí solo. Y están dotando a los robots de la capacidad de comunicarse entre sí y tomar muchas de sus propias decisiones independientemente de su controlador humano.

Estos equipos de robots podrían ser útiles en otros entornos difíciles, como cuevas o minas, donde puede ser difícil para los equipos de rescate encontrar y llegar hasta los sobrevivientes. En las ciudades, los edificios derrumbados y sitios subterráneos, como el metro o los túneles de servicios públicos, suelen tener zonas peligrosas en las que los rescatistas humanos no pueden ingresar sin correr riesgos.

Funcionar en estos lugares ha resultado difícil para los robots. “Hay barro, rocas, escombros, pasadizos estrechos, grandes espacios abiertos... La variedad y complejidad de estos entornos plantean muchos problemas de movilidad a los robots”, explica Viktor Orekhov, experto en robótica y asesor técnico de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), que ha financiado la investigación en este campo.

Los espacios subterráneos también son oscuros y pueden estar llenos de polvo o humo si son el lugar de una catástrofe reciente. Peor aún, la roca y los escombros pueden bloquear las señales de radio, por lo que los robots tienden a perder el contacto con su controlador humano cuanto más se alejan.

A pesar de estas dificultades, los expertos en robótica han hecho progresos, afirma Orekhov, coautor de un resumen de sus esfuerzos en el Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems de 2023.

Una estrategia prometedora consiste en utilizar una mezcla de robots, con alguna combinación de bandas de rodadura, ruedas, rotores y patas, para navegar por los distintos espacios. Cada tipo de robot tiene sus propios puntos fuertes y débiles. Los robots con ruedas o bandas de rodadura pueden transportar cargas pesadas y disponen de grandes baterías que les permiten funcionar durante mucho tiempo. Los robots que caminan pueden subir escaleras o caminar de puntillas sobre escombros sueltos. Y los robots voladores son buenos para cartografiar grandes espacios con rapidez.

También hay robots que transportan a otros robots. Los robots voladores suelen tener baterías de vida relativamente corta, por lo que los rescatistas pueden recurrir a los “marsupiales”, robots con ruedas, bandas rodantes o patas que transportan a los robots voladores hasta lo más profundo de la zona que hay que explorar, soltándolos cuando hay un gran espacio que hay que cartografiar.

Un equipo de robots también permite utilizar distintos instrumentos. Algunos robots pueden llevar luces, otros un radar, un sonar o herramientas para obtener imágenes térmicas. Esta diversidad permite a los distintos robots ver en distintas condiciones de luz o polvo. Todos los robots, trabajando juntos, proporcionan a los humanos que los despliegan un mapa en constante crecimiento del espacio en el que están trabajando.

Aunque los equipos de robots son buenos para la movilidad general, plantean un nuevo problema. Un controlador humano puede tener dificultades para coordinar un equipo de este tipo, sobre todo en entornos subterráneos, donde las gruesas paredes bloquean las señales de radio.

Una solución es asegurarse de que los robots puedan comunicarse entre sí. Así, un robot que se haya adentrado y haya perdido el contacto por radio con la superficie podría transmitir mensajes a través de otros robots que aún estén en contacto. Los robots también podrían ampliar el alcance de las comunicaciones dejando caer relés de radio portátiles, a veces llamados “migas de pan”, mientras se desplazan, lo que facilitaría el contacto con el controlador y otros robots.

Pero incluso cuando se mantiene la comunicación, las exigencias de manejar varios robots a la vez pueden abrumar a una sola persona. Para resolver ese problema, los investigadores están trabajando en dotar a los robots de autonomía para cooperar entre sí.

En 2017, DARPA financió un reto plurianual para desarrollar tecnologías para robots desplegados bajo tierra. Los participantes, entre los que había ingenieros que trabajaban en universidades y empresas tecnológicas, tenían que cartografiar y buscar en un complejo espacio subterráneo de la forma más rápida y eficiente posible.

Los equipos que obtuvieron mejores resultados en esta tarea fueron los que dieron cierta autonomía a los robots, afirma Orekhov. Cuando los robots perdían el contacto entre sí y con su operador humano, podían explorar por su cuenta durante cierto tiempo, volver al alcance de la radio y comunicar lo que habían encontrado.

Un equipo de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO) de Australia fue más allá y diseñó sus robots para que tomaran decisiones de forma cooperativa, explica Navinda Kottege, experta en robótica de la CSIRO que dirigió el proyecto. Los propios robots decidieron qué tareas realizar: si cartografiar esta sala, explorar aquel pasillo o colocar un nodo de comunicaciones en un lugar concreto.

Los robots también decidían cómo repartirse el trabajo de la forma más eficaz. Si un robot rodante detectaba un pasillo demasiado estrecho para entrar, un robot andante más pequeño podía venir y encargarse del trabajo. Si un robot necesitaba enviar información a la estación base, podía transmitirla a un robot que estuviera más cerca de la entrada y pedirle que volviera andando hasta estar dentro del alcance de las comunicaciones.

“Se produjeron comportamientos emergentes muy interesantes. Se podía ver cómo los robots intercambiaban tareas entre sí en función de algunos de esos factores”, explica Kottege.

De hecho, el operador humano puede convertirse en el eslabón débil del equipo. En una ocasión, un robot del CSIRO se negó a entrar en un pasillo, a pesar de que había una zona inexplorada al otro lado. El operador humano se hizo cargo y dirigió el robot, pero resultó que el pasillo tenía una pendiente demasiado pronunciada para el robot. El robot lo sabía, pero el humano no.

“Así que dio una voltereta hacia atrás y, en el proceso, acabó aplastando el dron que estaba en su espalda”, explica Kottege.

Para corregir el problema, el equipo construyó un sistema de control que permite al operador humano decidir la estrategia general, por ejemplo, qué partes del recorrido hay que priorizar, y luego confía en los robots para que tomen las decisiones sobre el terreno acerca de cómo hacerlo. “El apoyo humano podía marcar una zona en el mapa y decir: ‘esta es una zona de alta prioridad, tienes que ir a buscar en esa zona’”, explica Kottege. “Esto es muy distinto a que ellos tomaran un joystick e intentaran controlar los robots”.

Este concepto de equipo autónomo abrió nuevos caminos en la robótica, dice Kostas Alexis, un experto en robótica de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología cuyo equipo ganó finalmente el desafío. “La idea de que se pueda hacer esto de forma completamente autónoma, con un solo humano controlando el equipo de robots, limitándose a dar algunas órdenes de alto nivel aquí y allá... no se había hecho antes”.

Todavía hay problemas que superar, señala Orekhov. Durante la competición, por ejemplo, muchos robots se averiaron o se atascaron y tuvieron que ser retirados del circuito al terminar la competición. Al cabo de una hora, a la mayoría de los equipos solo les quedaban uno o dos robots operativos.

Pero a medida que los robots mejoren, es posible que algún día equipos de ellos puedan entrar en un lugar de catástrofe peligroso, localizar sobrevivientes e informar a sus operadores humanos con un mínimo de supervisión.

“Queda mucho trabajo por hacer”, afirma Orekhov. “Pero al mismo tiempo, hemos visto que la capacidad de los equipos ha avanzado tan rápidamente que incluso ahora, con sus capacidades actuales, son capaces de marcar una diferencia significativa en entornos reales”.

Artículo traducido por Debbie Ponchner