Inspirado por la capacidad de los gatos para girar y aterrizar, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Harbin (China) utilizó el aprendizaje de refuerzo (LR), un tipo de inteligencia artificial (IA), para entrenar a robots a ajustar su postura en el aire cuando saltan sobre superficies ásperas y de baja gravedad en asteroides.
Un equipo de investigación chino entrenó a un robot de cuatro patas para que ajustara su postura y aterrizara como un gato para desplazarse sobre la superficie de un asteroide. (Foto: SCMP)
A diferencia de los sistemas tradicionales que dependen de hardware de estabilización especializado pero pesado, el robot utiliza un sistema de control "sin modelo" para mover sus cuatro patas de forma coordinada. Esto le permite ajustar su inclinación y reorientar su dirección de desplazamiento en el aire, según informan los investigadores en el Journal of Astronautics.
La investigación aborda un desafío clave con los saltos de los robots cuando se mueven en asteroides, donde el entorno tiene baja gravedad e incluso un ligero desequilibrio en las fuerzas de las piernas puede hacer que el robot gire sin control, aterrice sin éxito o rebote en la superficie por completo.
En el entorno de baja gravedad de los asteroides, los robots experimentan largos periodos de caída libre durante cada salto. Es importante aprovechar este tiempo para ajustar la desviación causada por el salto, garantizar un aterrizaje seguro o cambiar el ángulo de rotación para ajustar la dirección del movimiento, explicó el equipo en el informe.
“Se diseñó y construyó una plataforma de simulación de microgravedad, verificando así la efectividad de este método de salto mediante experimentos en un prototipo de robot cuadrúpedo”, añadió el equipo de investigación.
Los asteroides son restos de la formación del sistema solar y albergan la clave para descifrar sus orígenes. Además, son ricos en recursos como platino y otros metales raros, que podrían facilitar la exploración espacial y las aplicaciones industriales futuras.
Desafíos en la superficie del asteroide
Hasta ahora, las agencias espaciales de Europa, Japón y Estados Unidos han logrado aterrizar con éxito naves espaciales en asteroides para recuperar muestras, pero ninguna ha desplegado exploradores capaces de realizar exploraciones de la superficie a largo plazo.
Los exploradores con ruedas tradicionales, como los utilizados en la Luna y Marte, enfrentan desafíos en entornos de asteroides debido a que la débil gravedad, típicamente sólo unas pocas milésimas de la de la Tierra, no proporciona suficiente tracción para que las ruedas funcionen de manera efectiva.
Para abordar estas limitaciones, los científicos han propuesto utilizar robots saltadores para futuras misiones, pero eso presenta un nuevo conjunto de desafíos.
Cada vez que salta, el robot permanece en el aire durante unos 10 segundos aproximadamente, tiempo suficiente para que las fuerzas desequilibradas de las piernas hagan que el robot gire sin control o incluso rebote en la superficie y se desplace hacia el espacio.
El equipo de Harbin utilizó RL para entrenar al robot en una simulación virtual. Durante siete horas, la IA aprendió de sus errores experimentales y perfeccionó sus movimientos para aterrizar de forma estable. El sistema de IA del robot demostró la capacidad de ajustar su orientación, incluyendo la inclinación (inclinación hacia adelante o hacia atrás), la inclinación (inclinación lateral) y la guiñada (ángulo de rotación), en tan solo unos segundos.
Por ejemplo, al lanzarse hacia adelante con una inclinación de hasta 140 grados, el robot puede estabilizar su postura en 8 segundos. También puede girar en el aire hasta 90 grados para cambiar de dirección.
Los robots se entrenan mediante aprendizaje por refuerzo. (Foto: SCMP)
Para validar la eficacia del sistema, los investigadores construyeron una plataforma de simulación de microgravedad que permite al robot “flotar” en una superficie casi sin fricción.
Aunque se limitaron al movimiento bidimensional, los experimentos confirmaron la eficacia del sistema y reforzaron los resultados de las simulaciones, dijo el equipo.
Además, los científicos descubrieron que el proceso requiere muy poca potencia de procesamiento del robot. El diseño ligero y de bajo consumo energético del sistema lo hace especialmente adecuado para misiones de exploración del espacio profundo.
En el futuro, este sistema podría tener una amplia gama de aplicaciones, desdela exploración científica hasta la extracción de recursos en asteroides. Sin embargo, el equipo afirmó que se necesita más investigación para mejorar la capacidad de la IA para adaptarse a diversos terrenos y entornos.
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