Cuando el youtuber e ingeniero británico James Bruton decidió construir un robot gigantesco y transitable inspirado en Star Wars, la practicidad nunca fue el objetivo. La meta, admite con alegría, era crear algo irresistible: algo enorme, extraño y lo suficientemente cinematográfico como para que la gente simplemente tuviera que hacer clic en el video. Lo que eligió fue un AT-AT, el caminante imperial de cuatro patas que se hizo famoso en El Imperio Contraataca. Mejor aún, Bruton planeaba no solo construirlo, sino montarlo y pasearlo por la cancha de tenis de un amigo.
Sin embargo, detrás de la ambición lúdica se escondía un serio desafío de ingeniería. Un AT-AT solo resulta impresionante si camina de forma convincente. Eso significaba diseñar cuatro patas potentes y coordinadas, capaces de soportar peso, mantener el equilibrio y responder con precisión a las órdenes de control. Bruton fue tajante en que no quería una máquina que simplemente avanzara a trompicones como un gigante borracho. “No quiero algo que sea enorme y tambaleante”, dijo. El caminante necesitaba control, estabilidad y —al menos hasta cierto punto— gracia.
Para lograrlo, Bruton ideó una intrincada red de motores, engranajes y componentes hechos a medida, diseñados para comportarse como servos: mecanismos cuya posición puede medirse, ajustarse y corregirse constantemente. Esto permitió que cada articulación de las patas del robot se moviera de manera controlada y predecible. Una vez completada la construcción, Bruton se filmó vestido como un Stormtrooper, encaramado sobre la pesada máquina mientras avanzaba lentamente por la cancha. El resultado final fue innegablemente encantador, aunque no especialmente rápido. “Es bastante lento”, admitió entre risas.
Ese experimento fue solo el comienzo. Desde entonces, Bruton ha dirigido su atención a un reto aún más exigente: un robot bípedo y montable. A diferencia de un caminante de cuatro patas, un bípedo no tiene estabilidad estática inherente. Para evitar caerse, necesita reacciones ultrarrápidas, sistemas de control extremadamente sensibles y piernas capaces de responder al instante a los cambios de equilibrio. Transportar a un jinete humano solo hace el problema más difícil.
Algunos de los componentes que diseña Bruton se comportan menos como motores tradicionales y más como “resortes variables”. Estos elementos pueden invertir su dirección, absorber impactos y ajustarse dinámicamente a cargas cambiantes, suavizando, por ejemplo, el golpe cuando un pie toca el suelo. “Puede absorber dinámicamente la carga según lo necesites”, explica. En otras palabras, la máquina no solo se mueve; reacciona.
En el corazón de este desafío se encuentra una pregunta aparentemente simple: ¿qué hace falta realmente para darle vida a un robot?
La importancia oculta de los actuadores
Todo robot, desde un brazo industrial hasta un asistente humanoide, depende de los actuadores: los componentes que convierten la energía eléctrica, neumática o hidráulica en movimiento. A grandes rasgos, los actuadores se mueven de forma lineal (empujando hacia dentro y hacia fuera) o giran alrededor de un eje. Al combinarlos con estructuras mecánicas —articulaciones, extremidades, bastidores— los ingenieros pueden construir desde perros robóticos hasta herramientas quirúrgicas y humanoides.
A medida que los robots se vuelven más complejos y se integran más en entornos humanos, las exigencias sobre los actuadores aumentan de forma drástica. Deben ser potentes pero eficientes, precisos pero robustos, y cada vez más inteligentes. A pesar de décadas de avances, los actuadores actuales siguen estando muy lejos del estándar biológico de referencia: el músculo.
Los animales se mueven con una eficiencia, adaptabilidad y elegancia asombrosas. Los músculos no solo se contraen; almacenan y liberan energía, absorben impactos, ajustan su rigidez sobre la marcha y proporcionan una rica retroalimentación sensorial. Replicar siquiera una fracción de esa capacidad en sistemas artificiales es extraordinariamente difícil.
Hoy en día, solo un número relativamente pequeño de empresas puede fabricar actuadores de alta precisión a gran escala, y aun las mejores producen componentes voluminosos, rígidos y con un alto consumo energético en comparación con sus equivalentes biológicos. El resultado es que muchos robots todavía se mueven de forma torpe: a sacudidas, rígidos e inconfundiblemente mecánicos.
Una nueva generación de actuadores, esperan los investigadores, podría cambiar esto. Si tiene éxito, permitiría que los robots pasen de ser máquinas ruidosas y torpes a algo más cercano a bailarines mecánicos: sistemas capaces de movimientos suaves, reactivos y casi coreográficos.
Por qué los motores tradicionales se quedan cortos
Durante décadas, los especialistas en robótica han confiado en gran medida en motores de corriente continua (DC) para generar movimiento. Según Mike Tolley, robotista de la Universidad de California en San Diego, estos motores son excelentes para ciertas tareas. “Si quieres hacer girar un ventilador, por ejemplo, son geniales”, explica. Los motores DC funcionan bien a altas velocidades de rotación y con un par relativamente bajo.
El par, en términos simples, es una medida de la fuerza de torsión: la que te permite girar una rueda, levantar un objeto o empujar contra una resistencia. Y ahí es donde surge el problema. El movimiento humano gira en torno al par. Levantamos, tiramos, empujamos, nos apoyamos y resistimos. No nos movemos como ventiladores.
“Cuando los humanos se mueven, queremos poder levantar cosas, empujar cosas e interactuar con el mundo de maneras que requieren mucha fuerza”, dice Tolley. Los motores tradicionales pueden generar esa fuerza, pero a menudo solo al combinarlos con grandes reducciones de engranajes, que introducen fricción, rigidez y retraso.
La seguridad es otra preocupación crítica. Imagina un brazo robótico balanceándose hacia ti. Idealmente, deberías poder detenerlo al instante con la mano, apartándolo sin sufrir daños. Eso requiere lo que los ingenieros llaman “retroaccionabilidad” (back-driveability): la capacidad de que una fuerza aplicada externamente invierta el movimiento del actuador. Muchos actuadores convencionales carecen de esta capacidad. Se comportan más como coches con transmisión manual atascados en una marcha hacia adelante: una vez en movimiento, se resisten a ser empujados hacia atrás.
La eficiencia energética es otro gran obstáculo. “Otro problema de los robots actuales es que se quedan sin batería muy rápido”, dice Jenny Read, directora del programa de destreza robótica en la Agencia de Investigación e Invención Avanzada del Reino Unido (ARIA). “Los motores eléctricos son terribles en eso”. A medida que los robots se hacen más pequeños, el problema se agrava aún más. Los motores pequeños tienden a sobrecalentarse, desperdiciando energía y limitando el rendimiento.
La industria se apresura a buscar mejores soluciones
Para superar estas limitaciones, empresas e investigadores de todo el mundo están experimentando con nuevos diseños y materiales para actuadores. La empresa alemana de ingeniería Schaeffler, por ejemplo, está colaborando con la compañía británica de robótica Humanoid para desarrollar actuadores diseñados específicamente para robots bípedos que deben operar de forma segura junto a humanos.
El objetivo es crear componentes que combinen una alta eficiencia energética con un control muy preciso. Esto es especialmente importante para los humanoides, que deben ajustar constantemente su equilibrio al caminar, levantar o manipular objetos. Parte de la solución está en los datos. Los actuadores modernos se están diseñando para transmitir información detallada sobre su posición, carga y rendimiento a los ordenadores a bordo, lo que permite realizar ajustes en tiempo real.
Pero el software por sí solo no es suficiente. “Tenemos que probar y experimentar para encontrar esta optimización de la fricción y de la retroaccionabilidad (back-driveability)”, dice David Kehr, presidente de robótica humanoide en Schaeffler. “Es realmente un gran rompecabezas”.
Schaeffler espera desplegar robots en sus propias fábricas, donde podrían encargarse de tareas repetitivas como cargar piezas recién fabricadas desde cintas transportadoras en máquinas de lavado antes del empaquetado. Con la escasez de mano de obra afectando ya a las operaciones industriales, Kehr ve a los robots como un complemento necesario —no un reemplazo— de los trabajadores humanos. Insiste en que los empleados desplazados de esas tareas serían recapacitados para otros puestos.
Mientras tanto, Boston Dynamics, una de las empresas de robótica más destacadas del mundo, se ha asociado con el proveedor automotriz surcoreano Hyundai Mobis para desarrollar una nueva generación de actuadores. Estos componentes se asemejan a los sistemas de dirección asistida eléctrica de los automóviles, combinando motores, controladores y engranajes reductores en unidades compactas y fiables.
“La calidad y la fiabilidad son muy importantes para la seguridad humana”, dice Se Uk Oh, vicepresidente que dirige la división de robótica en Hyundai Mobis. La experiencia de la empresa en seguridad automotriz, señala, le da una ventaja a medida que los robots se acercan a los entornos humanos cotidianos.
Futuros más suaves y extraños
A pesar de estos avances, la mayoría de los actuadores de última generación siguen construyéndose con ingredientes familiares: metal, plásticos duros y electrónica. Pero algunos investigadores creen que el futuro del movimiento elegante reside en algo radicalmente diferente.
Tolley y sus colegas han estado explorando la robótica blanda: máquinas hechas de materiales flexibles y alimentadas por aire en lugar de electricidad. Algunos de sus robots pueden caminar por tierra y luego seguir moviéndose bajo el agua sin preocuparse por la humedad o los cortocircuitos electrónicos. En un ejemplo llamativo, un robot de seis patas sin ningún tipo de electrónica a bordo comienza a caminar simplemente cuando se bombea aire a través de un tubo.
Para demostrar su durabilidad, el equipo de Tolley una vez pasó un coche por encima de uno de estos robots blandos. Sobrevivió. “Queríamos mostrar que era lo suficientemente blando y esponjoso”, dice. “Puede soportar muchos tipos distintos de abusos”.
ARIA también está financiando investigaciones sobre actuadores hechos de elastómeros: materiales elásticos, similares al caucho, que pueden contraerse y expandirse cuando se les aplica voltaje. Estos sistemas se comportan en algunos aspectos como el músculo biológico, almacenando y liberando energía en lugar de forzar el movimiento de forma rígida.
La idea no es nueva, reconoce Read. Los actuadores basados en elastómeros se han estudiado durante años sin provocar todavía una revolución. “A menudo, con estas tecnologías, hay que seguir empujando”, afirma.
Hacia la gracia
La ambición a largo plazo que impulsa toda esta investigación es engañosamente simple: lograr que los robots se muevan mejor. No solo más rápido o más fuerte, sino de forma más natural. Más elegante.
“Los robots actuales tienen esta torpeza y pesadez”, dice Read, “que es muy distinta de la manera en que nos movemos nosotros”. Superar esa brecha requerirá avances en materiales, mecánica, sistemas de control y almacenamiento de energía. También puede exigir replantearse de qué están hechos los robots y cómo interactúan con el mundo.
Ya sea el caminante inspirado en Star Wars de James Bruton avanzando pesadamente por una cancha de tenis, o un humanoide del futuro desplazándose con cuidado por el suelo abarrotado de una fábrica, el desafío sigue siendo el mismo. La gracia, al final, resulta ser una de las cosas más difíciles de diseñar.
