Un equipo de investigación desarrolló un robot humanoide de bajo costo pensado para que el hardware robótico sea accesible a aficionados, investigadores y desarrolladores.
Se llama Berkeley Humanoid Lite y es una plataforma de código abierto que usa componentes impresos en 3D para reducir el costo y la complejidad de construir un robot humanoide. En vez de ofrecerse como un producto comercial terminado, el sistema está planteado como un diseño de referencia personalizable que cualquiera puede armar, modificar y experimentar.
El proyecto entrega además los recursos para recrear el robot y explorar sus capacidades, incluidas demostraciones de operación remota, con la idea de dar una puerta de entrada práctica a la investigación y el desarrollo en robótica humanoide.
¿Qué es exactamente el Berkeley Humanoid Lite?
El Berkeley Humanoid Lite es un robot humanoide de código abierto diseñado para hacer más accesible la construcción y la experimentación con máquinas humanoides.
Desarrollado por investigadores de la Universidad de California en Berkeley, usa piezas impresas en 3D y componentes de venta corriente en lugar de hardware a medida y caro. El robot mide 0,8 metros de alto, pesa alrededor de 16 kilos y emplea actuadores modulares para mover brazos y piernas. Según el equipo, el hardware completo se puede construir por menos de 5.000 dólares a precios del mercado estadounidense.
El corazón del robot son actuadores propios que convierten la energía eléctrica en movimiento en las articulaciones. Cada actuador combina un motor de corriente continua sin escobillas con un reductor cicloidal impreso en 3D y un encoder de posición. El reductor baja la alta velocidad de giro del motor y aumenta el torque disponible en la articulación, lo que permite mover las extremidades. Se usan dos tamaños de actuador para distintas partes del robot.
¿Se puede imprimir en una máquina doméstica?
La carcasa del actuador, los engranajes y los ejes se pueden fabricar con una impresora FDM de escritorio estándar. Los investigadores usan plástico PLA y diseñaron cada pieza impresa para que quepa en un volumen de impresión de 200 x 200 x 200 milímetros, la medida habitual de una máquina de consumo.
El reductor cicloidal ayuda a compensar algunas de las debilidades del plástico impreso: su diseño reparte las cargas entre varios dientes de engranaje a la vez, mientras que tornillos y refuerzos de bronce embebidos agregan resistencia y mejoran la transferencia de torque.
Según el equipo, los actuadores también se apoyan en electrónica fácil de conseguir. El actuador grande, el 6512, combina un motor BLDC de dron, un controlador de motor, un encoder magnético de posición, rodamientos y piezas impresas, con un costo declarado de cerca de 188 dólares en Estados Unidos. El actuador chico, el 5010, cuesta unos 136 dólares. El robot completo usa 10 actuadores grandes y 12 chicos, lo que los convierte en el grueso del costo total.
| Componente | Cantidad | Costo unitario | Subtotal |
|---|---|---|---|
| Actuador 6512 (grande) | 10 | 188 dólares | 1.880 dólares |
| Actuador 5010 (chico) | 12 | 136 dólares | 1.632 dólares |
| Total en actuadores | 22 | 3.512 dólares |
Con los actuadores representando cerca de 3.500 de los menos de 5.000 dólares declarados, queda alrededor de un 30 por ciento del presupuesto para estructura, electrónica de control, batería y sensores.
¿Qué tan bien funcionan los actuadores impresos?
El equipo de Berkeley probó los actuadores en eficiencia, durabilidad y consistencia. El reductor alcanzó cerca de un 90 por ciento de eficiencia mecánica en la mayoría de las condiciones de operación, aunque el rendimiento cayó con torque y velocidad altos por efecto del calor.
En un ensayo de resistencia de 60 horas, la eficiencia se mantuvo relativamente estable, mientras que el juego mecánico, el llamado backlash, aumentó de a poco a medida que las piezas impresas se desgastaban. Las pruebas sobre seis actuadores fabricados en dos impresoras 3D distintas también mostraron rendimiento consistente, con un error de seguimiento de torque dentro de 0,5 Nm.
Los actuadores modulares permiten reconfigurar el robot para distintas aplicaciones. Como cada unidad es autocontenida y solo necesita alimentación y comunicación CAN, se pueden cambiar los largos de las extremidades y la disposición de las articulaciones. El mismo hardware se adapta a configuraciones bípedas, cuadrúpedas, tipo centauro o con base móvil, y con estructuras más largas se puede armar una versión de tamaño adulto.
¿Cómo se controla?
Para el control, el robot usa un mini PC con procesador Intel N95 y un sensor de movimiento a bordo. Un controlador entrenado con aprendizaje por refuerzo en simulación se transfirió directamente al robot físico, lo que le permite caminar siguiendo comandos de velocidad definidos por quien lo opera. El robot también se puede teleoperar con controles de SteamVR, lo que habilita tareas como escribir, mover objetos, empacar cajas y resolver un cubo Rubik.
Los investigadores reconocen que los efectos del calor sobre la estructura impresa a largo plazo necesitan más estudio. Aun así, el Berkeley Humanoid Lite muestra cómo reductores impresos, motores baratos y electrónica de venta corriente se pueden combinar para crear una plataforma humanoide funcional y personalizable.
Para un laboratorio universitario latinoamericano, la parte más relevante del diseño no es el precio final sino la lista de materiales: motores BLDC de dron, encoders magnéticos, rodamientos y PLA son todos componentes que se consiguen sin importación especializada, a diferencia de los actuadores armónicos industriales que dominan la robótica humanoide y que parten en varios miles de dólares por articulación.
