Robots que sienten lo que tocan

El famoso antrop¨®logo Ashley Montagu escribi¨® hace muchos a?os que ¡°la comunicaci¨®n que transmitimos con el tacto constituye el medio m¨¢s poderoso de establecer relaciones humanas¡±. Y aqu¨ª est¨¢n, un d¨ªa de primeros de mayo de 2023, un grupo de investigadores de la Universidad de Bolonia tratando de proporcionar el sentido del tacto a una m¨¢quina. Est¨¢n usando dos tecnolog¨ªas para darle a una mano rob¨®tica dos tipos distintos de sensibilidad: una, un poco m¨¢s de trazo grueso, que cubrir¨¢ la mayor parte de la superficie de la palma, y otra que le ofrecer¨¢ una informaci¨®n mucho m¨¢s rica y completa sobre la dureza, la aspereza o suavidad de los objetos, como la que nos transmiten las yemas de los dedos, y que el aparato tendr¨¢ precisamente ah¨ª.

Hoy, en el Laboratorio de Rob¨®tica de la Facultad de Ingenier¨ªa, la investigadora predoctoral Alessandra Bernardini no solo se afana con infinita paciencia en explicar a los visitantes c¨®mo funciona esto ¨²ltimo ¡ªse colocan unos peque?os sensores semiesf¨¦ricos, de un material maleable parecido a la goma, que env¨ªan al ordenador informaci¨®n sobre las propiedades del objeto que sujeta¡ª, sino que est¨¢ dispuesta a renunciar a dos de las fresas que ha tra¨ªdo para el almuerzo para ilustrar la demostraci¨®n. A medida que la mano rob¨®tica va apretando el fruto rojo, los fototransmisores de los sensores traducen las perturbaciones de la goma en datos que se muestran en la pantalla en forma de gr¨¢ficos de l¨ªneas que se juntan y se separan.

Junto a ella, Roberto Meattini, otro miembro del equipo, contin¨²a con la demostraci¨®n. Una vez que tiene bien sujeta a su mu?eca derecha una estructura rectangular ¡ªen un extremo hay un hueco para meter la mano y en el contrario est¨¢ acoplado el prototipo rob¨®tico¡ª, comienza a encoger y a extender lentamente los dedos. Lo que est¨¢ haciendo, con la ayuda de Bernardini a los mandos del ordenador, es ense?ar a la pr¨®tesis a leer los movimientos de los m¨²sculos del antebrazo que dirigen lo que hace su mano, para poder despu¨¦s repetirlos; una pulsera colocada un poco m¨¢s abajo del codo es la encargada de recoger y transmitir esa informaci¨®n al robot a trav¨¦s de unos sensores inal¨¢mbricos.

Los dos ingenieros, junto a otra media docena de compa?eros y liderados por el profesor Gianluca Palli, est¨¢n dando apenas los primeros pasos del proyecto IntelliMan, formado por un consorcio de 13 universidades, empresas y centros de investigaci¨®n de seis pa¨ªses europeos, con el objetivo de desarrollar un nuevo sistema de manipulaci¨®n impulsado por inteligencia artificial que permita a los robots (ya sean pr¨®tesis como la mano que hemos visto o m¨¢quinas independientes) aprender tanto del entorno como de la interacci¨®n con las personas. La Comisi¨®n Europea lo ha elegido entre los 42 primeros proyectos de inteligencia artificial y rob¨®tica lanzados dentro del programa Horizon Europe, el gran plan de investigaci¨®n e innovaci¨®n del continente. Han sido seleccionados por su potencial para ¡°mejorar la sociedad en que vivimos, abordando importantes desaf¨ªos tecnol¨®gicos¡±, seg¨²n el documento que recopila las iniciativas. Entre las elegidas hay desde un gran centro que tratar¨¢ de garantizar la seguridad en la investigaci¨®n en inteligencia artificial hasta propuestas para la recuperaci¨®n de agua, de reciclaje o de desarrollo de drones para apoyar a los trabajadores del campo y a empleados de mantenimiento de infraestructuras en lugares peligrosos.

En el caso IntelliMan, el profesor Palli explica en su despacho de la hist¨®rica ciudad italiana qu¨¦ frutos tratar¨¢n de obtener de los 4,5 millones de euros que recibir¨¢n de la Comisi¨®n entre septiembre de 2022 y febrero de 2026. En primer lugar, su objetivo es crear extremidades prost¨¦ticas con las que sus due?os sean capaces de abordar f¨¢cilmente sus actividades cotidianas, como sujetar un vaso o abrir una puerta o un caj¨®n. El siguiente paso ser¨¢ transmitir esas capacidades a una m¨¢quina independiente que se pueda convertir m¨¢s pronto que tarde en un asistente rob¨®tico del hogar que ponga solito el lavavajillas o recoja la mesa despu¨¦s de comer. La idea es que puedan interactuar con las personas, pero que nadie se imagine todav¨ªa charlando con ellos; se trata de ense?arles tareas nuevas ¡ªmostr¨¢ndoles una vez c¨®mo hacerlo, para que luego las repitan¡ª, pero que, adem¨¢s, sean capaces de adaptar ese trabajo aprendido a un contexto cambiante: un obst¨¢culo en el camino que antes no estaba ah¨ª, un objeto m¨¢s resbaladizo que el anterior.

Para eso necesitan el sentido de la vista ¡ªque se puede resolver con c¨¢maras y sensores¡ª y el m¨¢s complicado del tacto, en el que est¨¢n trabajando. Pero no solo para d¨¢rselo a la m¨¢quina, sino tambi¨¦n para que, en el caso de las pr¨®tesis, estas se lo hagan sentir tambi¨¦n, de alg¨²n modo, a la persona que las utiliza: ¡°Por ejemplo, estamos trabajando en transmitir la fuerza de agarre por medio de motores vibrot¨¢ctiles, que son peque?os motores que vibran a diferente amplitud de frecuencia [dependiendo de si esa fuerza es mayor o menor]¡±, explica Meattini, de vuelta en el laboratorio. ¡°Es algo que ni siquiera las pr¨®tesis m¨¢s avanzadas del mercado hacen todav¨ªa¡±, a?ade.

Los investigadores se mueven en un espacio en el que hay ordenadores y modernos prototipos de maquinaria puntera, pero tambi¨¦n muchos cables, cartones, alg¨²n rollo de cinta aislante y un gran mueble met¨¢lico del que los ingenieros van sacando todo tipo de herramientas grandes, medianas y peque?as. Junto a ese mundo de tecnolog¨ªa ultramoderna, blanca y as¨¦ptica, de formas arm¨®nicas y redondeadas que preside nuestro imaginario colectivo, este laboratorio recuerda que los avances ¡ªal menos una parte y al menos en parte¡ª siguen ocurriendo en lugares llenos de enchufes y de ¨¢ngulos que pinchan, con objetos que hay que tocar para ensamblar y que hay que probar una y otra vez para encontrar la manera de que funcionen. Unos lugares donde se entremezclan estudiantes, doctorandos, investigadores en ciernes con otros ya consagrados, que trabajan en proyectos simult¨¢neos que confluyen y a veces se solapan. Donde, quiz¨¢ precisamente por todo eso, resulta fundamental descomponer cada objetivo en tareas m¨¢s peque?as para hacerlos manejables e ir avanzando pasito a pasito, pero sobre pelda?os firmes, hacia el resultado final.

Ahora mismo, en lo que se refiere a IntelliMan, los ingenieros que forman el grupo bolo?¨¦s est¨¢n concentrados en comprender c¨®mo funciona un agarre rob¨®tico: primero hay que llegar al objeto; luego, establecer el contacto y entender el contexto en que est¨¢ establecido para saber si puede aumentar o no la fuerza de agarre, explica Meattini. Todo esto se puede hacer de distintas maneras, la m¨¢s cl¨¢sica de las cuales es crear modelos matem¨¢ticos que describan c¨®mo ese proceso puede acometerse y repetirse sin fallo alguno. ¡°El problema con esto es que, en teor¨ªa, funciona perfectamente, pero en la vida real no sabes exactamente d¨®nde va a tocar, c¨®mo va a hacerlo¡­ As¨ª que estamos trabajando en un enfoque diferente, de inteligencia artificial basada en probabilidades, de modo que podamos tomar las medidas del sensor y describirlas en nuestro modelo probabil¨ªstico y que este nos diga c¨®mo deber¨ªa ser el agarre. El mundo real es probabil¨ªstico, no es como una f¨®rmula¡±, a?ade el investigador.

Ese mundo real ¡ªcon sus fallos, sus obst¨¢culos imprevistos y sus ins¨®litas soluciones¡ª est¨¢ muy presente en esta investigaci¨®n, en forma de trabajadores de f¨¢bricas que explican los secretos escondidos de sus funciones y de personas con amputaciones que les cuentan a los cient¨ªficos qu¨¦ necesitan exactamente de una pr¨®tesis para que realmente les resulte ¨²til y nos les estorbe (el centro de rehabilitaci¨®n especializado que el Instituto Nacional para la Prevenci¨®n de los Accidentes del Gobierno italiano tiene cerca de Bolonia, en Budrio, forma parte del consorcio). Pero tambi¨¦n est¨¢ muy presente ¡ªde hecho, est¨¢ en la base de todo este esfuerzo colectivo¡ª esa idea de buscar aproximaciones distintas a viejos problemas. Por ejemplo, el que supone no solo que la m¨¢quina sienta lo que ocurre alrededor, sino, sobre todo, que sepa qu¨¦ hacer despu¨¦s con esa informaci¨®n, algo que est¨¢n intentando resolver ¡°mezclando dos enfoques que ya est¨¢n completamente establecidos, pero cuya conexi¨®n todav¨ªa estamos investigando¡±, destaca Palli. Y se detiene en la explicaci¨®n, pues es una de las grandes singularidades de su proyecto.

Por un lado est¨¢n los m¨¦todos m¨¢s cl¨¢sicos, que consisten en mapear y preconfigurar toda la actividad que va a desarrollar el robot en un tiempo y en un espacio, es decir, que va a coger un objeto concreto en un punto y lo va a dejar en otro. ¡°Es dif¨ªcil aplicar estas soluciones en la pr¨¢ctica si no tienes absolutamente toda la informaci¨®n del contexto en que se mueve¡±, se?ala, lo cual es sencillamente imposible en el momento en que entra en juego la impredecibilidad de la vida cotidiana y de la interacci¨®n con personas. Lo que nos lleva al segundo posible enfoque, el fundamental del machine learning y la inteligencia artificial: recopilar una cantidad gigantesca de informaci¨®n de contexto que se le da a la m¨¢quina a trav¨¦s de millones de ejemplos para que aprenda c¨®mo se hace algo. Este tambi¨¦n tiene una gran limitaci¨®n, seg¨²n Palli: requiere tal cantidad de pruebas, tal cantidad de datos, que quiz¨¢ sea posible de recopilar si est¨¢s investigando, por ejemplo, en el campo de la econom¨ªa, sobre la que hay infinidad de referencias disponibles; pero para una aplicaci¨®n rob¨®tica como la que ellos tienen en mente ni existe ni est¨¢ al alcance, ya que recoger esa informaci¨®n es muy caro: hace falta tiempo, equipos¡­

¡°De alguna manera, estamos tratando de definir cu¨¢l es el plan del robot y, a partir de la base de muy pocos experimentos, recopilar los datos suficientes para que adapte el plan a las condiciones reales del entorno. Pero, adem¨¢s, queremos que el ser humano, la persona, est¨¦ activamente presente en ese entorno, que interact¨²e con ¨¦l, que tambi¨¦n le ense?e¡±, resume finalmente el coordinador del proyecto.

Palli, de 46 a?os, habla con el aplomo de quien lleva varios lustros buscando soluciones para crear robots m¨¢s completos e independientes y lo hace desde una instituci¨®n que fue pionera en este campo; en concreto, en el desarrollo de manos rob¨®ticas antropom¨®rficas que fueran cada vez m¨¢s fiables, sencillas y baratas. Su historia se puede repasar a trav¨¦s de los prototipos expuestos en varias vitrinas en el laboratorio de rob¨®tica de la universidad: desde el primero, financiado en 1988 por IBM Italia ¡ªun rudimentario dispositivo con dos dedos paralelos y un pulgar opuesto controlados por m¨²sculos artificiales, tendones alimentados con varios motores y un sistema de calculadoras y equipos electr¨®nicos¡ª, hasta uno de los m¨¢s recientes: una mano rob¨®tica, movida por un espectacular brazo con transmisi¨®n de tendones de cuerda trenzada, con la que los investigadores ya empezaron a dar los primeros pasos para introducir sensores t¨¢ctiles. Sobre toda esa base de conocimiento previo ¡ªgracias a todo lo que se consigui¨®, pero tambi¨¦n gracias a todo lo que se fue descartando por el camino¡ª se avanza ahora hacia una nueva generaci¨®n.

El proyecto que dirige Palli va, en todo caso, mucho m¨¢s all¨¢ de la mano rob¨®tica y de las pr¨®tesis en general. No solo por los robots dom¨¦sticos, sino por las aplicaciones para la industria en las que est¨¢n trabajando. Por un lado, colaboran con la cadena brit¨¢nica de supermercados online Ocado en un robot que sea capaz de sacar frutas de una caja grande para colocarlas en otras m¨¢s peque?as, para lo cual es importante que pueda cambiar la fuerza de agarre dependiendo de si lo hace con manzanas, con naranjas o fresas. Adem¨¢s, intentan algo todav¨ªa m¨¢s dif¨ªcil para la industria automovil¨ªstica (la empresa de componentes eslovena Elvez es otro de los socios del consorcio): ensamblar cables y conectores, es decir, materiales deformables cuya manipulaci¨®n requiere unas destrezas bastante finas.

Est¨¢n en ello. Y el pr¨®ximo salto adelante depender¨¢ de la ruptura de barreras en muchos campos de la ciencia: desde las matem¨¢ticas ¡ªpara representar de la mejor manera el plan preasignado de los robots y c¨®mo percibe su entorno¡ª hasta los desarrollos tecnol¨®gicos paralelos ¡ªlos sensores de tacto est¨¢n todav¨ªa en proceso de avance y mejora¡ª. Pero a Palli le preocupa especialmente c¨®mo puede ser la interacci¨®n entre m¨¢quina y humano, para lo cual el proyecto cuenta con el apoyo de un equipo de psic¨®logos.

El papel que desempe?e el tacto en ese camino depender¨¢ en gran medida de su desarrollo, de momento muy rudimentario. Pero no olvidemos las palabras del antrop¨®logo brit¨¢nico estadounidense Ashley Montagu sobre el poder de este sentido, quiz¨¢ el m¨¢s complejo de todos, para la comunicaci¨®n humana. En su libro cl¨¢sico El tacto: la importancia de la piel en las relaciones humanas, el profesor de la Universidad de Princeton fallecido en 1999 hac¨ªa tambi¨¦n afirmaciones como estas: ¡°En la evoluci¨®n de los sentidos, el tacto fue, sin duda, el primero en existir. El tacto es el padre de nuestros ojos, o¨ªdos, nariz y boca. [¡­] como Bertrand Russell se?al¨® tiempo atr¨¢s, es el sentido que nos proporciona sensaci¨®n de realidad. ¡®No solo nuestra geometr¨ªa y nuestra f¨ªsica, sino toda concepci¨®n de lo que existe fuera de nosotros est¨¢ basada en el sentido del tacto¡±.

¡°Estoy de acuerdo en que el tacto ser¨¢ cada vez m¨¢s importante, porque es lo que cambia completamente el juego cuando interact¨²as con los objetos y el entorno. Creo que abrir¨¢ realmente la capacidad de los robots para interactuar con el entorno de una manera efectiva¡±, opina Palli. De momento, en todo caso, lo que ¨¦l y su equipo proponen para que la relaci¨®n entre humano y m¨¢quina funcione bien es una especie de autonom¨ªa compartida, en la que la persona que empieza a relacionarse con la m¨¢quina la trata como a un ni?o al que tiene que ir ense?ando y d¨¢ndole poco a poco m¨¢s margen para tomar sus propias decisiones. ¡°Eso significa que el robot parte de un punto en el que depende completamente del humano, porque no sabe c¨®mo hacer algo. Y as¨ª el humano le ense?ar¨¢ qu¨¦ hacer, lo que le da al robot m¨¢s autonom¨ªa, porque podr¨¢ hacerlo en lo sucesivo de forma independiente¡±, explica el investigador. Ese proceso ayudar¨¢, adem¨¢s, a que la persona conf¨ªe en el robot.

Cuando a Roberto Meattini le preguntan en un contexto social a qu¨¦ se dedica, suele elegir la versi¨®n corta: ¡°Trabajo en la interacci¨®n de robots y humanos; estudio c¨®mo conectar a los humanos con los robots y viceversa¡±. Porque insiste en que no se trata de crear robots, sino de esa relaci¨®n, que es de hecho lo que sustenta las bases te¨®ricas de las principales disciplinas sobre la ingenier¨ªa de sistemas autom¨¢ticos con la que trabajan, explica este ingeniero que mencion¨® en su tesis doctoral aquel robot de juguete que le regalaron sus padres en su quinto cumplea?os. Tambi¨¦n est¨¢ convencido de la importancia del tacto en el camino de mejora: ¡°La capacidad de sentir y responder al tacto permitir¨¢ a los robots no solo realizar mejor las tareas de manipulaci¨®n y las operaciones aut¨®nomas, sino tambi¨¦n comprender las intenciones humanas y ser ¨²tiles para sus necesidades, lo que conducir¨¢ a interacciones m¨¢s intuitivas y efectivas¡±.

Suena bien, sin duda. Pero llegados a este punto, por mucho que estemos hablando de robots con capacidades en principio b¨¢sicas, resulta inevitable enfrentarse a los temores que afloran cada vez con mayor violencia en torno a las posibles consecuencias indeseadas del desarrollo de inteligencia artificial; al fin y al cabo, estamos hablando de robots capaces de aprender cosas nuevas. ¡°Nosotros aplicamos principios ¨¦ticos a toda nuestra investigaci¨®n¡±, responde Palli cuando se le plantea el asunto. Pero, ?tienen en mente la idea de transmitir alg¨²n tipo de ¨¦tica a los robots? ¡°No, en principio no estamos en eso. Estamos trabajando en la seguridad, que todo el trabajo que hagan lo hagan con seguridad¡±, responde. Y a?ade: ¡°Podr¨ªamos decir que estamos trabajando en un requisito ¨¦tico muy b¨¢sico¡±.