El robot humanoide NEO desarrolla "manos hábiles": ¿cómo se convierte la mano en una API para interactuar con el mundo físico?

Fuente: 1X Technologies

Organizado por: Felix, PANews

El 10 de julio, la empresa de robots humanoides 1X Technologies lanzó la nueva generación de la mano mecánica impulsada por tendones del robot humanoide NEO, que cuenta con 25 grados de libertad (DOF), logrando una destreza, fuerza, seguridad y fiabilidad cercanas a las de un ser humano.

Este artículo, basado en la presentación oficial de 1X Technologies, te ofrece una visión detallada de esta mano mecánica.

La mano mecánica está diseñada para romper el cuello de botella en las capacidades de hardware de los robots humanoides, permitiendo que los datos sean el único obstáculo para mejorar el rendimiento del robot. Al alcanzar e incluso superar el rendimiento de la mano humana en dimensiones clave, se asegura que los modelos de IA ya no estén limitados por la destreza. El robot NEO ahora puede realizar casi cualquier tarea que las manos humanas pueden llevar a cabo, con la precisión, adaptabilidad y suavidad necesarias en entornos reales.

El robot humanoide es una computadora con manos como API.

El modelo, la pila de percepción y las piernas determinan el grado de contacto del robot con el mundo. Las manos, por otro lado, determinan lo que puede hacer, lo que puede percibir y lo que cualquier desarrollador que trabaje en base a ello puede lograr. Un robot humanoide con pinzas de dos dedos solo muestra a los desarrolladores tres acciones: agarrar, colocar y empujar. Cada aplicación escrita en esta plataforma es una combinación de estas tres acciones. El límite de la capacidad no está en el software, sino en el extremo de los brazos.

Experimentar el mundo a través de las yemas de los dedos.

Al observar a una persona frente a un objeto desconocido, notarás que presiona sobre él para sentir su dureza, desliza sus dedos para percibir la textura, lo levanta para medir su peso, lo contornea para juzgar su forma, lo aprieta y lo suelta para sentir su elasticidad. El sentido del tacto no transmite información de manera pasiva como una cámara; es un experimento. Las manos plantean preguntas con fuerza y reciben respuestas a través de las articulaciones que formulan esas preguntas. Así es como los humanos comprenden los objetos y cómo aprenden a operar inicialmente: desde la infancia, a través de millones de exploraciones.

Esto significa que las manos no son meros ejecutores fijos al final de un sistema de percepción; son en sí mismas un sistema de percepción, una herramienta. Y la calidad de su función como herramienta es determinada por todo el sistema en conjunto. Plantear preguntas requiere un control de fuerza preciso. Leer respuestas necesita retroalimentación y transparencia de fuerza, para que la retroalimentación pueda regresar a través de un mecanismo de transmisión, en lugar de estancarse en el actuador. Plantear preguntas requiere grados de libertad y precisión. Sentir sutilezas requiere piel. Capturar respuestas rápidamente necesita ancho de banda. Y millones de exploraciones requieren robustez, porque explorar es tocar, y tocar inevitablemente causa desgaste.

Las articulaciones son en sí mismas sensores.

La mayoría de las manos robóticas son dispositivos de solo lectura. Envías una instrucción de posición y la mano se mueve allí, pero no devuelve ninguna información significativa. La razón está en el actuador: con relaciones de engranaje comunes de 100:1 y 200:1, la fricción absorbe la fuerza de contacto antes de que llegue al motor. Dado que las articulaciones de la mano no tienen sensación, los diseñadores deben instalar sensores externos y deducir lo que sucede en las yemas de los dedos, como si estuvieran filmando una mano sin sensación con una cámara.

Las manos del NEO son legibles y escribibles. Fueron desarrolladas desde cero por un equipo de ingeniería de primer nivel, funcionando con actuadores de precisión alineados a través de un sistema de tendones 1X con una relación de engranaje baja de aproximadamente 5:1 a 15:1. Todos los 25 grados de libertad (22 grados de libertad completamente impulsados en los dedos y la palma, más 3 grados de libertad en la muñeca) tienen funciones nativas de control de fuerza y pueden ser completamente retroalimentados. Al presionar un dedo, este responde y reporta con precisión la magnitud de la fuerza que aplicaste. La fuerza fluye hacia afuera, la información fluye hacia adentro a lo largo del mismo camino físico. Esta es la transparencia de fuerza, que puede convertir la fuerza de empuje en mediciones.

Hay un mecanismo más sutil que opera en paralelo: la propriocepción. Dado que cada articulación es un lazo cerrado, incluso sin mirar, la mano puede siempre percibir su postura, como si pudiera tocarse las yemas de los dedos con los ojos cerrados. La postura, junto con la fuerza, se logra siempre a través de las mismas 25 articulaciones.

25 formas de plantear preguntas.

¿Qué pueden aportar 25 grados de libertad? No son para las articulaciones en sí, sino para una serie de acciones de agarre y formas de preguntar. La distribución de grados de libertad es más importante que la cantidad: la forma en que NEO distribuye sus grados de libertad es coherente con la anatomía humana y favorece un pulgar que realmente puede oponerse. Esta arquitectura está diseñada para lograr el mejor equilibrio entre la capacidad operativa del robot y la fabricación, control y mantenimiento reales.

Estas nuevas manos mecánicas pueden alcanzar e incluso superar el nivel humano en operaciones finas. NEO puede ensamblar bloques de Lego, sacar tornillos y monedas de una billetera, girar e instalar bombillas, usar un destornillador, girar objetos en sus manos, subir la cremallera de un abrigo, clasificar uvas por color, servir té de una tetera, atrapar pelotas suaves, insertar un cargador USB-C, levantar copas, limpiar superficies con servilletas y spray, comunicarse en lenguaje de señas, y mucho más.

Estas manos mecánicas, que cuentan con 25 grados de libertad, tienen un nivel de protección IP68 y cumplen con estándares de seguridad alimentaria, lo que permite que NEO se lave las manos como un humano. El par máximo de torsión en la articulación del pulgar puede alcanzar los 3.5 Nm, el par máximo en la articulación metacarpofalángica de los dedos puede alcanzar los 2.6 Nm, y la fuerza de flexión en el extremo puede alcanzar los 45 N. El par en la muñeca puede alcanzar los 17.75 Nm. Esto permite que la mano mecánica realice agarres completos, uso de herramientas, levantamiento y transporte, apertura de puertas, empuje de carros cargados y pinzamiento preciso en condiciones de carga, manteniendo una flexibilidad total. Con una precisión de posicionamiento de ±0.2 mm, pueden trabajar en un rango pequeño (y percibir objetos).

El último medio milímetro.

La piel aumenta los canales de información. Los datos táctiles son una imagen. Tienen rango dinámico, resolución, canales y campo de visión. Las manos están equipadas con sensores táctiles ricos y de alta resolución en las yemas y superficies, capaces de medir fuerzas normales, posiciones de contacto y fuerzas de corte. Esto permite que NEO detecte cuándo un objeto comienza a deslizarse y reaccione en tiempo real. Los datos visuales muestran el vector normal de la superficie de contacto, mapas de calor de presión durante un apretón de manos, y agarres finos de objetos frágiles sin causar ningún daño.

El diseño de la piel trabaja en conjunto con los sensores internos y los tendones que están detrás de ella. Es un material funcional, no decorativo. Dado que la visión por sí sola no es suficiente para completar muchas tareas (especialmente al manejar objetos pequeños, transparentes, deformables o cubiertos), esta retroalimentación táctil es crucial para operaciones inteligentes adaptativas.

Además, estas manos mecánicas están diseñadas para operaciones continuas, manteniendo su rendimiento incluso después de millones de ciclos de interacción. La fiabilidad está presente en el diseño de cada subsistema y componente: tendones, rodamientos, estructura de los dedos, cableado, integración táctil, componentes electrónicos y procesos de ensamblaje. Los componentes y el conjunto completo de dedos han pasado por millones de ciclos de prueba, y las unidades de accionamiento han sido probadas en temperaturas extremas, mientras que las articulaciones de la muñeca han sido validadas por más de 2 millones de ciclos de fiabilidad bajo alta carga.

Toda la mano cumple con el estándar IP68, lo que garantiza aún más la seguridad: una relación de engranaje extremadamente baja, combinada con un sistema de tendones y baja inercia en el extremo, permite que incluso ante impactos externos, los dedos puedan ser impulsados de manera segura en reversa. Videos a cámara lenta muestran que la mano reacciona cuando es golpeada, golpeada, atrapada en un cajón cerrado o golpeada contra espuma.

El hardware detrás de esto.

El rendimiento de la interfaz de programación de aplicaciones (API) depende de su capa física. Los motores están ubicados en el antebrazo, que es donde se encuentra la mayor parte de la fuerza de agarre del cuerpo humano, y son impulsados por tendones dedicados en la muñeca. Así es como una mano ligera puede generar tanta fuerza mientras mantiene una temperatura suficientemente baja para funcionar de manera continua.

La mano mecánica integra de manera compacta motores desarrollados internamente, componentes electrónicos personalizados, sensores integrados, un sistema de tendones dedicado, un actuador compacto y firmware específico para la mano. Esta profunda integración vertical permite iteraciones rápidas y mejoras acumulativas. Cada dispositivo, desde el material del tendón y el motor 1X hasta el polímero suave final, la piel y los componentes de sensores táctiles, se realiza internamente. Este año se podrán producir 10,000 manos mecánicas.