Más allá de la imitación humana: replanteando la seguridad y el propósito de la robótica

Los robots humanoides han captado la atención mundial, impulsados por la visión de sustituir la mano de obra humana por máquinas que reflejen la flexibilidad humana. Aunque el concepto es atractivo, la forma humana plantea retos de ingeniería únicos, especialmente en lo que respecta a la estabilidad, la fiabilidad y la seguridad.

La fascinación por los robots humanoides comenzó en la ficción y ha evolucionado hasta convertirse en una importante inversión en el mundo real. Las empresas prometen robots que se parecen a los humanos y actúan como tal, capaces de llevar a cabo diversas tareas. Pero ¿es la forma humana el diseño óptimo para la robótica? Para responder a esta pregunta, debemos comprender sus orígenes evolutivos y sus implicaciones desde el punto de vista de la ingeniería.

El cuerpo humano es producto de la evolución y está moldeado por las necesidades de supervivencia. Su diseño refleja características clave que permitieron a nuestros antepasados prosperar: los ojos orientados hacia delante proporcionan percepción de la profundidad, lo que indica un papel depredador; un centro de gravedad alto favorece un desplazamiento energéticamente eficiente en largas distancias, y las manos diestras están optimizadas para la manipulación y el uso de herramientas. En conjunto, estos rasgos se perfeccionaron para un estilo de vida nómada de cazadores-recolectores.

Aunque es realmente impresionante, la forma humana presenta algunas limitaciones, tales como:

Escasa estabilidad y agilidad, en comparación con los cuadrúpedos.

Inadecuación para tareas repetitivas, lo que con el tiempo provoca desgaste y lesiones. A pesar de las capacidades de regeneración y autocuración de nuestro cuerpo, no estamos preparados para trabajar de 9 a 5 en una cadena de montaje sin rotación de puestos. Y es que nuestras manos son complejas y albergan numerosas articulaciones pequeñas, por lo que son especialmente propensas a las lesiones y al desgaste.

Problemas de complejidad y fiabilidad. Un robot humanoide con ~200 grados de libertad (DoF) no puede igualar el tiempo de actividad de un brazo industrial de 6 DoF. La extrema complejidad mecánica de los humanoides significa que incluso los componentes individuales altamente fiables no pueden garantizar evitar una caída colectiva del conjunto de la fiabilidad operativa.

Limitaciones de alcance y forma. En comparación con las máquinas diseñadas específicamente para estos fines, los seres humanos y los robots humanoides están limitados por su tamaño y forma. Por ejemplo, no están diseñados para adaptarse a diferentes pinzas ni a aplicaciones específicas.

La norma ISO 13849-1 es clave para la seguridad funcional de la maquinaria. Uno de sus conceptos fundamentales es el nivel de rendimiento (PL), que mide la probabilidad de que falle una función relacionada con la seguridad. El PL se expresa en una escala que va desde PL=a (mínimo) hasta PL=e (máximo). En esencia, el PL define el riesgo de que se produzca un fallo peligroso por cada hora de funcionamiento de la máquina.

En el caso de los robots humanoides, la estabilidad es una cuestión de seguridad fundamental. Los robots andantes dependen de la estabilidad dinámica, lo que significa que cualquier interrupción en la alimentación eléctrica o un mal funcionamiento de las articulaciones durante el movimiento puede provocar una caída. Esto supone un riesgo significativo para la seguridad.

Utilizando la norma ISO 13849-1 junto con las metodologías de evaluación de riesgos de la norma ISO/TR 14121-2, podemos determinar el PL necesario para una función que evite las caídas de los robots. Dicha evaluación tiene en cuenta tres factores:

• Gravedad. La caída de un robot de más de 30 kg puede causar lesiones. En entornos controlados (calzado de protección, sin niños, sin escaleras, etc.), la gravedad puede ser baja. En otros casos, debe considerarse alta.
• Frecuencia. Alta, debido a la estrecha interacción entre humanos y robots.
• Evitación. A menudo es imposible. Si un robot cae detrás de una persona, es poco probable que esta pueda evitar el impacto.

Según este análisis:

• En entornos controlados con baja gravedad de las lesiones, es necesario un mínimo de PL=c.
• En entornos complejos con alta gravedad potencial, se requiere un PL=e.

Para alcanzar un PL=e se requiere redundancia, un diseño robusto, componentes de alta calidad y una atención meticulosa a la seguridad y la fiabilidad durante todo el proceso de desarrollo y fabricación. Incluso alcanzar un PL=c está lejos de ser trivial.

Las prácticas actuales en el sector de los humanoides son motivo de preocupación. Pocos robots humanoides, si es que hay alguno, ofrecen garantías creíbles de estabilidad y fiabilidad, y en Internet abundan los vídeos de humanoides que sufren caídas espectaculares. Recientemente han surgido casos que plantean serias dudas sobre la importancia que las empresas que se dedican al desarrollo de humanoides conceden a la seguridad.

Uno de los aspectos más intrigantes de la robótica humanoide es el panorama normativo y de cumplimiento. En el mundo de los manipuladores industriales, incluidos los modernos robots ligeros y fáciles de usar (cobots), existe un marco bien establecido de normas de seguridad. En particular, las normas ISO 10218-1 e ISO/TS 15066 definen los requisitos para los brazos robóticos y proporcionan orientación sobre los límites aceptables de fuerza y presión para los impactos que involucran a robots industriales.

Sin embargo, estas normas rara vez se aplican a los robots humanoides. Solo cubrirían una parte de la aplicación, ya que la norma ISO 10218-1 no abarca los riesgos relacionados con la movilidad del robot. Las normas existentes aún son inmaduras y siguen en fase de desarrollo. Por ejemplo: la norma ISO/WD 25785-1, que se refiere a los riesgos que plantea la pérdida de estabilidad en robots industriales dinámicamente estables, incluye a los humanoides cuando se utilizan en aplicaciones industriales. Para aplicaciones fuera de los entornos industriales tradicionales, la regulación es aún más limitada.

Esto plantea una pregunta fundamental: ¿qué nivel de seguridad debemos exigir a los robots humanoides que operan en estrecha proximidad con personas en espacios públicos? Hoy en día, la promesa de los robots humanoides parece basarse en la aceptación de un nivel de seguridad significativamente inferior al que se exige a un manipulador robótico en una fábrica, que a menudo opera detrás de una valla de seguridad. ¿Estamos realmente preparados para asumir este riesgo? Al igual que nuestro enfoque respecto a los coches autónomos, es importante abrir un diálogo público sobre los humanoides y la seguridad.

La pregunta clave es si seguimos apostando por los robots humanoides, una vía que, en mi opinión, conlleva el riesgo de crear sistemas complejos, poco fiables y potencialmente inseguros. Como alternativa, podemos seguir por la senda probada del diseño de robots y soluciones de domótica cuyo formato se adapta específicamente a la tarea que deben realizar. Este enfoque ofrece soluciones específicas, rentables, seguras y fiables.

Hay ejemplos de esta estrategia a nuestro alrededor: aspiradoras, lavadoras, lavavajillas en el hogar y robots móviles autónomos (AMR), manipuladores industriales, robots SCARA y robots delta en la industria. Estas soluciones demuestran que la especialización, en lugar de la imitación de la forma humana, conduce a una automatización robusta, segura y escalable.