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¿Quiere que camine un robot de 60 pies? Doblar las leyes de la física.

octubre 4, 2021

En el muelle Yamashita de Japón, a unas 25 millas al sur de Tokio, ha tomado forma el robot humanoide más grande del mundo. Siguiendo el modelo del RX-78-2 Gundam, un robot ficticio que ha sido el tema de unas 50 series de televisión y manga homónimas desde 1979, el gigante se eleva casi 60 pies de alto y presenta 24 grados de libertad, lo que significa que puede moverse como muchas direcciones.

Esta bestia de un robot parece ser el robot caminante bípedo más grande del mundo y se ha convertido en un elemento icónico a lo largo del horizonte de Yokohama. Los fanáticos comenzaron a recorrer la exhibición, que incluye un museo y una cafetería en el lugar, el 19 de diciembre del año pasado.

Pero existe desacuerdo entre los profesores de algunos de los departamentos de robótica más prominentes de los EE. UU. Sobre si califica como un robot andante. Debido a que este Gundam parece usar una estructura de soporte para ayudarlo a moverse, lo consideran una escultura cinética o una instalación de arte que se basa en el movimiento para crear algún efecto en el espectador.

Gundam Factory Yokohama, la organización que construyó el robot, no devolvió múltiples solicitudes de entrevistas para esta historia.

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Estos especialistas en robótica con base en los EE. UU. Creen que sería nada menos que una maravilla de la ingeniería que un robot de este tamaño realmente camine, corra y cause estragos; las leyes de la física serían llevadas a sus extremos lógicos. Específicamente, las reglas de escalado dictarían una gran cantidad de cambios en los actuadores (o motores) que permiten que el Gundam levante las piernas y avance.

«Al escalar las reglas, significa que si haces algo más grande, entonces diferentes aspectos se agrandan o se reducen de diferentes maneras», explica Andy Ruina, Ph.D., profesor de ingeniería mecánica en la Escuela de Mecánica y Mecánica Sibley de la Universidad de Cornell. Ingeniería Aeroespacial.

Las reglas de escala no son solo cosa de la robótica. La ley de Moore predice que la cantidad de transistores en un chip de computadora de silicona se duplicará cada dos años a medida que avanza la tecnología. La alometría, el estudio biológico de la relación de escala entre el tamaño de una parte del cuerpo y el tamaño de todo el cuerpo, describe por qué las hormigas pueden transportar aproximadamente 100 veces su peso y los humanos no, dice Ruina.

En el caso de un gigantesco Gundam, los motores que permiten que el enorme robot se mueva deben volverse drásticamente más fuertes, especialmente si el marco está hecho de un metal pesado, como el acero. Pero si los motores son más grandes, también se volverán más pesados ​​y más débiles en relación con los pares o fuerzas de rotación necesarias. De esta manera, la escala es «desafortunada», según Chris Atkeson, Ph.D., profesor del Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon.

Para sortear este paradigma, dice, los ingenieros podrían intentar crear un tipo de motor completamente nuevo. “Las leyes de escala suponen que la tecnología es siempre la misma … pero se puede cambiar la tecnología para que funcione”, dice Atkeson.


La matemática de las leyes de escala ⚙️

Las reglas básicas de geometría y física, además de las restricciones de resistencia de los materiales, son una de las razones por las que es difícil crear robots que puedan caminar.

A medida que aumentan las dimensiones lineales, las cantidades bidimensionales, como la cantidad de «piel» que necesita para cubrir el robot, aumentan en una potencia de dos. Las cantidades tridimensionales, como la masa, aumentan en una potencia de tres. Las fuerzas debidas a la gravedad aumentan en una potencia de tres y las fuerzas debidas a la aceleración aumentan en una potencia de cuatro. Los pares debidos a la gravedad aumentan en una potencia de cuatro y los pares debido a la aceleración angular aumentan en una potencia de cinco.

Por lo tanto, las pequeñas escaladas de tamaño conducen a movimientos más lentos y a la necesidad de esos motores masivos.


Los motores eléctricos como los que se utilizan en Gundam se componen de dos tipos de imanes para impartir movimiento. El primero es un imán permanente, que a menudo está hecho de materiales naturales, como metales de tierras raras. Estos imanes conservan sus propiedades magnéticas, incluso en ausencia de corriente eléctrica o campo inductor. Luego están los electroimanes, que dependen de bobinas de alambre para actuar como un imán cuando pasa una corriente eléctrica.

Los motores se basan en la interacción entre el imán permanente y el electroimán para crear energía mecánica. A medida que la polaridad del electroimán es manipulada por la electricidad, gira, girando un eje que puede impulsar la pierna del Gundam, por ejemplo.

Si ese movimiento giratorio se vuelve más fuerte, también lo hará el motor. Para que esto suceda, un ingeniero introduciría un campo magnético más grande, explica Atkeson. Teóricamente, dice, se podría crear un electroimán del tamaño de una estrella de neutrones (el núcleo colapsado de una estrella supergigante masiva), pero existen limitaciones prácticas en la Tierra, ya que hay un límite en cuanto a cuánto se puede magnetizar un objeto.

Las máquinas de imágenes por resonancia magnética, o MRI, superan esos límites, ya que son algunos de los imanes artificiales más fuertes. Entonces, si los ingenieros pudieran crear motores con la potencia de una máquina de resonancia magnética, casi con seguridad podrían hacer que el colosal Gundam camine. Por supuesto, surgen nuevos problemas; es decir, la masa del robot termina siendo dominada por los 24 actuadores necesarios para crear 24 grados de libertad.

“Se produce un agujero negro de ingeniería, donde no importa cuán grandes sean los actuadores, el robot sigue siendo demasiado débil para moverse a la velocidad deseada”, dice Atkeson. En parte, esta es la razón por la que los robots con patas, y la locomoción exigente que exigen, son difíciles de diseñar con éxito, incluso para los mejores expertos en robótica del mundo.

Entonces, tal vez esta ballena de Gundam realmente no pueda caminar. Sigue siendo una hazaña de ingeniería que sea lo suficientemente rígido para moverse como lo hace sin vibraciones sustanciales, dice Atkeson. Y entre su gran tamaño, ojos iluminados y capacidad para saludar, es el tipo de embajador que cualquier país estaría orgulloso de tener.

Traducción: Es un paso adelante sustancial para los robots.


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