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 del robot humanoide NEO, que cuenta con 25 grados de libertad (DOF), logrando un nivel de destreza, fuerza, seguridad y fiabilidad cercano al humano.

Este artículo se basa en la presentación oficial de 1X Technologies, para ofrecerte una visión detallada de esta mano mecánica.

La mano mecánica está diseñada para romper el cuello de botella de 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 prácticamente cualquier tarea que las manos humanas pueden llevar a cabo, y posee la precisión, adaptabilidad y suavidad necesarias en entornos reales.

El robot humanoide es una computadora que utiliza sus manos como API.

El modelo, la pila de percepción y las piernas determinan el grado en que la máquina puede interactuar 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 ella 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 las capacidades no está en el software, sino en los extremos 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 presionan para sentir la dureza, deslizan las yemas para percibir la textura, lo levantan para medir su peso, lo contornean para juzgar su forma, lo aprietan y sueltan para sentir su elasticidad. El sentido del tacto no transmite información de manera pasiva como lo hace una cámara; es un experimento. Las manos plantean preguntas de manera activa y reciben respuestas a través de las articulaciones que formulan esas preguntas. Esta es la forma en que los humanos comprenden los objetos, y también es la manera en que aprendemos a operar desde la infancia, a través de millones de exploraciones.

Esto significa que las manos no son simplemente actuadores fijos al final de un sistema de percepción; son un sistema de percepción en sí mismas, 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 requiere retroalimentación y transparencia de fuerza, de modo que la información 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 las sutilezas requiere piel. Capturar respuestas rápidamente requiere ancho de banda. Y millones de exploraciones requieren robustez, porque explorar es tocar, y tocar inevitablemente causa desgaste.

Las articulaciones son sensores en sí mismas.

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 información significativa. La razón radica 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, como si estuvieran filmando una mano sin sensación con una cámara.

Las manos del NEO son legibles y escribibles. Han sido desarrolladas desde cero por un equipo de ingeniería de primer nivel, funcionando con actuadores de alineación a través de un sistema de tendones 1X a una relación de engranaje baja de aproximadamente 5:1 a 15:1. Todos los 25 grados de libertad (22 grados de libertad completamente actuados en los dedos y la palma, más 3 grados en la muñeca) tienen funciones nativas de control de fuerza y pueden ser completamente retroalimentados. Al presionar los dedos, reaccionan y reportan con precisión la magnitud de la fuerza que aplicas. 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 las yemas de los dedos pudieran tocarse 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 traer 25 grados de libertad de detección de fuerza? No se trata de las articulaciones en sí, sino de 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 consistente con la anatomía humana y se inclina hacia 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 mediante 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 3.5 Nm, el par máximo en la articulación de los dedos puede alcanzar 2.6 Nm, y la fuerza de flexión en el extremo puede llegar a 45 N. El par en la muñeca puede alcanzar 17.75 Nm. Esto permite que la mano mecánica realice agarres completos, use herramientas, levante y transporte, abra puertas, empuje carritos cargados y realice pinzamientos precisos bajo carga, manteniendo al mismo tiempo 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 la fuerza normal, la posición de contacto y la fuerza de corte. Esto permite que NEO detecte cuándo un objeto comienza a deslizarse y reaccione en tiempo real. La visualización muestra el vector normal de la superficie de contacto, el mapa de presión durante un apretón de manos, y un agarre fino de objetos frágiles como el papel plegado sin causar ningún daño.

El diseño de la piel trabaja en conjunto con los sensores internos y los tendones 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 tratar con 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 integrada en el diseño de cada subsistema y componente: el enrutamiento de tendones, los rodamientos, la estructura de los dedos, el cableado, la integración táctil, los componentes electrónicos y el proceso 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 la muñeca ha sido validada por más de 2 millones de ciclos de fiabilidad bajo 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 accionamiento por tendones y baja inercia en el extremo, permite que incluso ante impactos externos, los dedos puedan ser accionados de forma segura en reversa. Videos en cámara lenta muestran que cuando se golpea, se martilla, se queda atrapada en un cajón cerrado o se golpea contra espuma, la mano reacciona.

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, 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 manteniendo una temperatura lo suficientemente baja para funcionar de manera continua.

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