Publicado el: 20 de mayo de 2025 / Actualización de: 20 de mayo de 2025 - Autor: Konrad Wolfenstein
The Twist System: Motion Capture Technology (MOCAP) revoluciona el control de los robots humanoides-imagen: xpert.digital
Sistema de imitación de todo el cuerpo teleoperado: interacción humano-robot en tiempo real cambiamos la tecnología de robots
Movimientos humanos para robots: el potencial del sistema Twist
Los científicos han logrado un avance significativo en el desarrollo de los sistemas de teleperación para los robots humanoides. Al usar la tecnología de captura de movimiento, los robots humanoides ahora pueden realizar movimientos similares a los humanos en tiempo real. Esta innovación permite un control preciso e intuitivo de los robots, que es un paso importante hacia el desarrollo de robots con habilidad completa. El nuevo giro del sistema (sistema de imitación de cuerpo entero teleoperado), que transfiere los movimientos del cuerpo completo de una persona a un robot, es particularmente notable y, por lo tanto, anuncia una nueva era de interacción humano-robot.
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Los conceptos básicos de la cirugía de teleobjetivo basada en la captura de movimiento
La teleperación describe el control remoto de las máquinas y es particularmente importante en el área de robótica. Los sistemas telerobóticos se utilizan si el espacio de trabajo está demasiado lejos, demasiado pequeño, demasiado grande o demasiado peligroso para los humanos. El desacoplamiento espacial entre humanos (operador) y robot (teleoperador) permite operaciones en varias áreas, como cirugía mínimamente invasiva, descripción de inteligencia o aplicaciones espaciales.
La tecnología de captura de movimiento (MOCAP) forma la base de los sistemas de teleperación modernos. Esta tecnología permite grabaciones detalladas y simulaciones de movimiento humano, por lo que las personas individuales o grupos enteros de personas pueden ser digitalizados. Los movimientos registrados se procesan de manera inteligente y se pueden usar para la animación de cuerpos y sus movimientos.
Cómo funciona la tecnología de captura de movimiento
En la tecnología de captura de movimiento, los movimientos corporales de personas reales se persiguen y registran con precisión a través de un traje especial con puntos de marcado y sistemas ópticos. Los datos de movimiento de todas las partes del cuerpo se recopilan, no solo por brazos, manos, piernas y pies, sino también por fuselaje, caderas y cabeza. Estos datos completos se convierten en comandos utilizando inteligencia artificial (IA) que pueden llevar a cabo robots humanoides.
El sistema Twist: un avance en el robot telescópico
El sistema Twist desarrollado en la Universidad de Stanford y la Universidad Simon Fraser es un progreso significativo en el teleobjetivo robot humanoide.
"Queremos que los humanoides tengan el mismo nivel de habilidades de cuerpo completo que las personas", explica Yanjie Ze, primer autor de The Twist Study. "Imagine una cocina desordenada. La gente puede sostener las cosas con dos manos y usar sus pies para mover obstáculos, como una canasta en el suelo. Los humanos también pueden abrir la puerta con los lados de su cuerpo o los codos. Queremos que los humanoides puedan hacer lo mismo con las personas de imitación directamente".
Implementación técnica de Twist
El sistema Twist incluye tres componentes esenciales:
- Adquisición de datos y reorganización: por reargeting fuera de línea y en línea, los movimientos humanos se adaptan al robot. Esto se realiza mediante la transmisión optimizada de las posiciones y orientaciones de la junta 3D, por las cuales la orientación del cuerpo y la colocación del pie también se adaptan en tiempo real.
- Capacitación del controlador en la simulación: Twist utiliza un enfoque de dos etapas con una metodología de "maestro estudiante":
- El controlador del "maestro" tiene acceso privilegiado a futuros movimientos de referencia, lo que le permite planificar movimientos suaves.
- El controlador "estudiante" está entrenado por una combinación de aprendizaje de refuerzo (RL) y clonación de comportamiento (BC) y solo puede acceder a la información actual del movimiento.
- Controlador de cuerpo completo: el controlador entrenado permite que el robot use todos los grados de libertad mientras el equilibrio se mantiene al mismo tiempo. Esto da como resultado movimientos más naturales y humanos.
En las pruebas con el robot G1 humanoide de Untere, los investigadores encontraron que era suficiente registrar movimientos de cuerpo completo y transferirlos con precisión a las articulaciones del robot, asegurando que los movimientos de las diferentes extremidades se llevan a cabo.
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Desafíos en la cirugía de teleobjetivo humanoide
El desarrollo de sistemas de teleperación para robots humanoides presenta a los investigadores varios desafíos complejos:
Pude la brecha de realización
Un desafío central es el puente de la "brecha de encarnación", las diferencias anatómicas entre humanos y robots. Dado que los robots tienen otras proporciones, configuraciones conjuntas y propiedades físicas que los humanos, la transferencia directa de movimientos humanos no es fácilmente posible.
Equilibrio y coordinación de cuerpo completo
El seguimiento humanoide de cuerpo completo no solo requiere el control preciso de las articulaciones individuales, sino también el mantenimiento dinámico del equilibrio durante los movimientos complejos. En los sistemas de cirugía de teleobjetivo convencionales, el enfoque a menudo se centra solo en movimientos aislados como locomoción o manipulación, mientras que Twist permite movimientos coordinados de cuerpo completo.
Latencia y retroalimentación sensorial
Los sistemas de teleperación tienen que superar problemas como la latencia (retraso de tiempo) y las restricciones en la retroalimentación sensorial. Estos factores pueden afectar la sincronización de acciones humanas con reacciones robóticas.
Diversas aplicaciones de teleobjetivo de captura de movimiento
La cirugía de teleobjetivo basada en la captura de movimiento de robots humanoides abre numerosos usos posibles:
Situaciones peligrosas y operaciones de rescate
En entornos peligrosos, se pueden usar robots teleoperados en lugar de personas, por ejemplo, en la desactivación de explosivos (eliminación de municiones explosivas). Entre 2015 y 2020 hubo alrededor de 2.000 operaciones EOD anualmente solo en el Reino Unido, lo que ilustra la necesidad de alternativas seguras.
Tareas de manipulación compleja
Los robots humanoides pueden hacer tareas de manipulación complejas a través de la teleperación, por ejemplo, en entornos no estructurados, como cocinas o talleres. La capacidad de usar todo el cuerpo, incluidos los brazos, las manos, las piernas y los pies coordinados, ofrece ventajas cruciales aquí.
Robótica social y expresividad
Para los robots sociales humanoides, la capacidad de expresar movimientos expresivos es esencial. El sistema OCRA desarrollado en el MPI (algoritmo de reorientación personalizable basado en optimización) permite imágenes de movimiento en tiempo real entre diferentes cadenas cinemáticas, lo que conduce a movimientos intuitivos y humanos.
Enfoques alternativos y comparación de diferentes sistemas
Además de Twist, hay varios otros enfoques para la cirugía de teleobjetivo basada en la captura de movimiento:
Sistemas basados en la IMU
Algunos investigadores utilizan sistemas de captura de movimiento basados en IMU (unidad de medición inercial) que son portátiles y más baratos que los sistemas ópticos. Esta tecnología se utiliza, por ejemplo, para la operación de teleobjetivo de las tareas de manipulación de locos en las que se combinan la locomoción y la manipulación.
Enfoques neuronales basados en la red
Un enfoque alternativo utiliza redes neuronales para aprender una tarea entre los datos del sensor del traje de captura de movimiento y las posiciones de ángulo de la tapicería del robot. Este método no requiere un modelo analítico o matemático previo del robot y, por lo tanto, puede aplicarse a varios emparejamientos de robot humanos.
Sistemas para partes específicas del cuerpo
Además de los sistemas operativos de teleobjetivo de cuerpo completo, también hay sistemas especializados que se centran en ciertas partes del cuerpo, como la grabación de movimiento de doble mano. Estos sistemas juegan un papel importante en el control preciso de los robots biónicos bimanuales para tareas de manipulación fina.
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Progreso reciente y perspectivas futuras
El desarrollo de los sistemas de teleperación para robots humanoides está progresando rápidamente. Además de Twist, los investigadores recientemente presentaron más sistemas innovadores:
H2O: humano a humanoide
El sistema H2O solo permite el teleobjetivo en tiempo real de un robot humanoide completo con una cámara RGB. Utiliza un marco basado en RL y un proceso de "Sim a datos" para filtrar y seleccionar movimientos adecuados para robots humanoides.
Cirugía de teleobjetivo de AR
Los investigadores también investigan cómo la realidad aumentada (AR) puede soportar teléfonos basados en MOCAP. Al visualizar una referencia virtual del brazo humano además del brazo robot, los usuarios pueden comprender mejor las imágenes de movimiento.
KI y captura de movimiento: el futuro de la interacción humano-robot
La cirugía de teleobjetivo basada en la captura de movimiento de robots humanoides se ha desarrollado considerablemente en los últimos años. Los sistemas como Twist marcan el progreso significativo al hacer posible que el robot realice movimientos de cuerpo completo como en el cuerpo humano en tiempo real.
La combinación de tecnología de captura de movimiento y métodos de IA avanzados, como el aprendizaje de refuerzo y la clonación de comportamiento, abre nuevas oportunidades para la interacción humana-robot. Los robots humanoides ahora no solo pueden realizar movimientos aislados, sino que también coordinaron acciones de cuerpo completo que permiten una mayor habilidad y expresión.
En el futuro, estas tecnologías podrían ampliar significativamente el uso de robots humanoides en entornos peligrosos, con tareas de manipulación complejas y en contextos sociales. La mejora continua de la precisión, la robustez y el amigo del usuario de los sistemas de teleperación ayudará a reducir aún más la brecha entre las habilidades humanas y la ejecución robótica.
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