Los grandes retos de DARPA


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Es obvio que hay grandes diferencias entre la forma de impulsar la investigación científica en Estados Unidos y en Europa. El sistema de ayudas públicas a la I+D en ambos sitios tienen muy poco que ver. Aunque este tema sea muy interesante por sí mismo y bien merecería una discusión en profundidad, en esta entrada sólo pretendemos ver uno de los actores principales en el escenario científico estadounidense: DARPA, la agencia de defensa para proyectos de investigación avanzada.

DARPA subvenciona y promueve programas de investigación con fines militares, nos guste o no nos guste. Está detrás de miles de proyectos, poniendo sobre la mesa millones de dólares todos los años. Estos proyectos abarcan todas las ramas de la ciencia y el conocimiento humano. Aun con esos fines militares, está claro que DARPA es un motor importante para la ciencia tanto en Estados Unidos como en el mundo entero.

Un gran ejemplo de cómo funciona esta singular agencia gubernamental es el DARPA Challenge, concurso organizado por DARPA en el que pueden participar laboratorios de todo el mundo para hacerse con un suculento premio final. Casualidades de la vida, el próximo Challenge se anunció a finales del 2012, y tendrá que ver con robots de rescate en escenarios catastróficos.

Antecedentes históricos

Durante la primera década del presente siglo, DARPA hizo un gran esfuerzo para impulsar la investigación en coches autónomos. Organizó tres concursos para empujar el desarrollo de unas tecnologías que ellos consideraron claves. Concretamente, se organizaron concursos los años 2004, 2005 y 2007. Los dos primeros fueron en entornos desérticos, sin ningún otro tipo de tráfico. El último, bautizado como DARPA Urban Challenge obligó a los coches sin conductor humano completar unos recorridos en entornos urbanos, con tráfico y respetando las normas de tráfico.

El reto de 2004 fue tal vez demasiado ambicioso para aquellos tiempos. Se pretendía que los coches, sin ninguna ayuda humana, recorrieran 240 km por la Interestatal 15, entre California y Nevada. Ninguno de los participantes logró completar el reto. El equipo que llegó más lejos fue la Universidad de Carnegie Mellon, con una marca de 11,78 km. Muy lejos del objetivo.

En el año 2005, volvieron a la acción. Aquella vez cinco equipos fueron capaces de completar el recorrido previsto por DARPA. Los ganadores fueron los integrantes de la Universidad de Stanford, bajo el mando del alemán Sebastian Thrun. Aquí tenéis el momento de la llegada a meta del coche llamado Stanley.

En una más que honrosa segunda posición quedaron los integrantes de la Universidad de Carnegie Mellon, después de pasarse 7 horas y 5 minutos para llegar a meta. Los ganadores necesitaron 11 minutos menos.

Por último, en el año 2007 se celebró el apasionante Urban Challenge. El reto era recorrer 96 km en entornos urbanos, con tráfico y respetando las leyes de tráfico, tal y como hemos dicho anteriormente. Además, para completar el recorrido había un tiempo límite: 6 horas.

Ese año, tomándose la revancha, los ganadores fueron los de la Universidad de Carnegie Mellon, relegando a Stanford a la segunda posición. También participaron laboratorios tan prestigiosos como el MIT o Virginia Tech, ¡casi nada! Los ganadores necesitaron 4 horas y 10 minutos para completar el recorrido, marcando una media de velocidad de 22,53 km/h. Os dejamos con el video que resume los mejores momentos de la competición. La puesta en escena, como veréis, muy a su gusto 😉

Estos concursos fueron un tremendo empujón para el desarrollo de las tecnologías de coches autónomos. La mejor demostración es el ya muy conocido Google Car, desarrollado por la Universidad de Stanford bajo el mando de Sebastian Thrun, quien aprovechó todo el trabajo hecho para los retos de DARPA. El Google Car ha sido pionero, pero ya tiene seguidores. Hace poco, Lexus ya enseñó su proyecto de coche autónomo, Honda está también investigando en ello y Bosch colabora con BMW. El siguiente video nos muestra cómo benefician estas tecnologías a la sociedad, mostrando a un señor con problemas de visión usar el coche de Google:

Sería muy interesante analizar el proceso que ha llevado a los coches autónomos a la situación actual. Analizar cómo en su momento se apostó por financiar proyectos muy caros con dinero público, cuya aplicación comercial aunque clara, se veía muy lejana. Hoy en día, los coches autónomos empiezan a demostrar que pueden ser un gran mercado en el futuro y los fabricantes ya se están posicionando. Sin embargo, llama la anteción que casi todos ellos están recurriendo a universidades estadounidenses para desarrollar sus propias tecnologías. Tal es el ejemplo de Google, Honda (Japón) y Bosch (Alemania). Es decir, Estados Unidos ha conseguido posicionar a sus universidades en la primera línea de fuego de un mercado del que seguro que obtendrán grandes cantidades de dinero.

DARPA ROBOTICS CHALLENGE

Desde el 2007 DARPA no ha vuelto a organizar otro concurso de esas dimensiones. Pero a finales del año 2012, e impulsados por desastres naturales como el Katrina y sobre todo el de Fukushima, decidieron lanzar un nuevo reto: el DARPA Robotics Challenge.

Este nuevo concurso nada tiene que ver con coches autónomos. El objetivo es desarrollar robots que puedan actuar de inmediato en entornos humanos que han sufrido catástrofes naturales. Los robots concursantes han de ser capaces de conducir un coche para llegar al sitio donde se ha producido la catástrofe, subir escaleras para acceder a los sitios más problemáticos, abrir o derribar puertas, cerrar válvulas de seguridad en caso de escapes y otras tareas propias de humanos. Y todo ello de forma autónoma. Vamos, que de eso a un Terminator ¡ya no queda nada!

La competición se organiza básicamente en dos áreas: en la primera, llamada Track A, los competidores tienen que desarrollar su propio robot y todo el software para locomoción, percepción y manipulación. En la segunda área, llamada Track B, los competidores “sólo” deben preocuparse de desarrollar el software, ya que el mismo DARPA les va a dar un robot humanoide de última generación llamado Atlas. Este robot ha sido desarrollado por la empresa Boston Dynamics, conocidos por otro robot llamado Big Dog (ese robot cuadrúpedo que se hizo famoso en Youtube). En el siguiente video veréis de lo que es capaz el amigo Atlas:

¡Qué no os extrañe que alguna noche de estas os despertéis sudorosos soñando que este robot os está persiguiendo por la calle! En el video hemos visto un prototipo que todavía está en desarrollo. Seguramente ahora se parece mucho más a los diseños que ha colgado DARPA en la red. Hablamos de un robot humanoide, con 150 kg de masa, dos brazos con 7 grados de libertad, dos manos, dos piernas con 6 grados de libertad y una cabeza con sensores de visión estereoscópica y láser 3D. Algo así:

Pero los de DARPA no invierten el dinero a lo tonto. Por ello, han organizado la competición en distintas fases. En cada fase, someterán a los competidores a ciertas pruebas que servirán de criba. Aquellos que se consideren mejores, seguirán adelante con financiación y recursos de DARPA. Los demás, se tendrán que retirar a sus laboratorios a buscarse otros proyectos. Es una apuesta por la excelencia en toda regla.

Virtual Robotics Challenge

La primera fase ha sido bautizada como la competición de robots virtuales. DARPA ha encargado a Open Source Robotics Foundation (Fundación para la robótica de código abierto) que le dé un empujón a su simulador de robótica llamado Gazebo, para ofrecer a todos los participantes un entorno virtual dónde puedan demostrar sus desarrollos.

El uso de simuladores en robótica es muy común, dado que no todo el mundo se puede permitir comprar un equipamiento tan caro. Gazebo es un simulador de código abierto con un motor físico que simula las interacciones entre objetos. En un simulador, un desarrollador puede modelar distintos robots, sensores y entornos. Se puede jugar con los parámetros físicos como la masa de los objetos, la aceleración de la gravedad (para simular otros planetas o satélites), el rozamiento entre objetos, la penetrabilidad de los objetos, la naturaleza de los choques entre objetos y un largo etc. Los simuladores permiten acelerar el desarrollo del software para robótica, permitiendo realizar los primeros tests para validar los desarrollos. Además, los simuladores se diseñan de tal forma que te permiten ejecutar el mismo software en tu robot simulado que en tu robot real. Resumiendo, hoy por hoy son herramientas indispensables para cualquier investigador en robótica.

Volviendo al hilo de esta sección, DARPA creará un entorno simulado para Junio del 2013, sin dar pistas a los contendientes. Aquellos que participen en el Track A, tendrán que modelar sus propios robots en el simulador para competir. Los demás, usarán el modelo simulado de Atlas. Todos ellos tendrán que competir en el simulador, realizando tareas que DARPA definirá. Por ahora, aquí tenéis uno de los videos del simulador que se han dejado ver:

Por cierto, si queréis aprovechar las bondades del código abierto, podéis instalar en vuestros PCs el simulador con todos los modelos para el DARPA Robotics Challenge. Solo tenéis que seguir las instrucciones aquí.

DRC Trials

Aquellos supervivientes de la primera fase, tendrán que seguir trabajando muy duro para las pruebas a las que les someterán en Diciembre del 2013. A los competidores del Track B que sigan adelante, DARPA no sólo les dará financiación, sino que también un robot Atlas para que puedan trabajar por fin con el robot real. Todo ello por que las pruebas de Diciembre del 2013 se realizarán ya con robots reales en entornos reales preparados por DARPA. El espectáculo promete.

Las tareas a realizar en estas pruebas ya están definidas, aunque de forma un tanto genérica. Sirven de guía para el desarrollo de habilidades, pero omiten muchos detalles con el ánimo de impulsar la investigación más básica. DARPA ha hecho públicas las siguientes tareas:

  1. Conducir un vehículo utilitario hasta la zona de catástrofe
  2. Desmontarse del vehículo y desplazarse entre los escombros
  3. Retirar los escombros que bloquean la puerta de entrada del edificio donde se ha dado la catástrofe
  4. Abrir la puerta y entrar en el edificio
  5. Escalar una escalera industrial y atravesar una pasarela industrial
  6. Utilizar una herramienta eléctrica para atravesar una barrera
  7. Localizar y cerrar una válvula cerca de una tubería con escapes
  8. Ser capaz de conectar una herramienta tipo manguera

Los equipos que mejor lo hagan, pasarán a la fase final de la competición.

DRC Finals

Las finales del DARPA Robotics Challenge, donde los equipos competirán por el gran premio final: ¡2 millones de dólares! En principio se disputarán en Diciembre del 2014, pero DARPA se reserva el derecho a cambiar las fechas. Además, todavía no ha anunciado las tareas que tendrán que realizar los robots. Lo único que se sabe es que el premio final será realmente grandioso. Lo más seguro es que DARPA espere a que pasen las pruebas de Diciembre del 2013 para definir mejor lo que exigirá en las finales. Habrá que seguir con atención las noticias que vayan llegando.

Diseños de robots presentados en el Track A

Los participantes del Track A y B ya han sido seleccionados. Para ello, los contendientes del Track A tuvieron que enseñar los diseños de los robots que pretenden construir para la competición. A continuación, os dejamos con los diseños propuestos:

Robosimian, diseño de NASA-JPL (Jet Propulsion Laboratory), el mismo laboratorio que ha desarrolado las misiones de los robots marcianos, entre ellos el Curiosity

El robot HUBO de la Universidad de Drexel, Filadelfia, Estados Unidos

CHIMP, diseñado en la Universidad Carnegie Mellon, inspirado en la movilidad de los simios

El atractivo R2, diseñado por el NASA Johnson Space Center, responsable del conocido Robonaut que ya se está probando en la Estación Espacial Internacional

El robot Guardian, propuesto por Raytheon, empresa de defensa aeroespacial situada en Massachusetts

SCHAFT, diseño propuesto por Schaft Inc

El robot THOR, de Virginia Tech, que destaca por su ligereza

Conclusiones

Así se las gasta DARPA. A lo grande. Identifica tecnologías básicas que deberían desarrollarse, idea las pruebas y escenarios para testearlos y organiza grandes competiciones que subvenciona con dinero público. Entre otras cosas.

Nadie niega los fines militares que mueve a esta agencia, que utilizará todo el conocimiento generado para beneficio de su ejército y horror de algunos pueblos que han de sufrirlo. No quisiera que estas líneas sirivieran para justificar nada de eso. Sin embargo, sí creo que tenemos mucho que aprender de la metodología que utilizan para impulsar y acelerar la investigación en diversos campos.

El conocimiento por sí mismo es un tesoro. Pero además, el conocimiento genera aplicaciones de las cuales podemos beneficiarnos todos. Adelantos para la humanidad. Es el ejemplo de los coches autónomos que tarde o temprano llegarán a nuestras calles. Minimizarán los accidentes, nos permitirán aprovechar mejor nuestro tiempo de viajes, les dará independencia y movilidad a personas con discapacidades y abrirá todo un mercado de trabajo en torno a ellos. Esos coches verán la luz por la gran inversión económica realizada por DARPA.

Lo que surja del último Robotics Challenge también generará avanzadas tecnologías, cuyo uso depende exclusivamente de nosotros. Los podremos utilizar para actuar en situaciones catastróficas, salvar vidas y minimizar desastres, para construir robots de compañía para gente necesitada, para construir robots trabajadores que libren a muchas personas de trabajos físicamente nocivos y un largo etcétera. Pero eso depende de nosotros. Lo que esta entrada pretendía era mostrar formas exitosas de impulsar la I+D. El debate sobre sus fines lo dejaremos para otro lugar y momento.

Nos seguimos leyendo…

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10 Respuestas a “Los grandes retos de DARPA

  1. No se sabe ni de la misa, la mitad. Darpa más que lo que se puede ver y conocer desarrolla junto con otros grandes de la ingenieria tecnologias procedentes de las naves siniestradas/derribadas mediante ingenieria inversa, esas tecnologías se financian a través de la Reserva Federal, y no aparecen, ni aparecerán hasta que no pasen 100 años o más. Existen otros tipos de sistemas de propulsión y otros tipos de generación de energía. Si os fijais, desde hace 25 años, pocos avances importantes hemos tenido en lo que al transporte se refiere, que está: MÁS QUE OBSOLETO.
    1saludo.

  2. Pingback: Robótica | Annotary

  3. aprendi un poco mas de lo que ya sabia, mucghas gracias, personalmente soy mas positivo con el desarrollo y aplicacion de tecnologia, pero creo que en los paises mas avanzados se sabran usar para sus mejores aplicaciones, en otros paises tenemos que aprender a solucionar cuestiones mas basicas primero, pero cuando me entere por primera vez del robotich challenge marco otro antes y despues en mi vida, es increible todos los adelantos que me toco presenciar, para mi hjo y las generaciones siguientes es algo mas normal

  4. “Sin embargo, sí creo que tenemos mucho que aprender de la metodología que utilizan para impulsar y acelerar la investigación en diversos campos…”: ¿síndrome de Estocolmo?

  5. Según comentas, son entornos humanos después de una catástrofe, lo que les convierte en muy difíciles para nosotros. La verdad es que automáticamente pensé en tareas de localización, rescate y cosas así, y me parece que los jamelgos a dos pies lo tienen muy mal.

    En el dibujo conceptual del Robosimian parece que lleva manipuladores de herramientas en cada “pata”.

    • Exactamente. Son entornos humanos después de una catástrofe. Eso no quiere decir que estarán totalmente destruidos. Se contemplan catástrofes tipo Fukushima, dónde las instalaciones estaban fisicamente practicables, pero eran muy peligrosos por la radioactividad. En todo caso, seguramente serán entornos medio-derruidos.

      Sin embargo, me parece que es muy díficil juzgar los diseños ahora. Un buen diseño puede no funcionar bien por mal software, y vice-versa. Habrá que ver los desarrollos en su totalidad. Yo creo que la clave va a estar en las técnicas de percepción. Ya veremos…

  6. Buenísima entrada, muchas gracias.

    Ahora, no deja de sorprenderme que entre los seleccionados haya tantos robots bípedos. Complicadísimo lo que se ve en el vídeo y bajo mi punto de vista poco útil. Pero me encantará verlos en acción cuando cuelguen los vídeos. Yo voto por el Robosimian y el XCHAFT, aunque los otros están bien respaldados.

    • En principio no había ningun requisito de que los robots tuvieran que ser bípedos. Lo único, que deben ser capaces de desenvolverse en entornos construidos por y para humanos. Desde ese punto de vista, un humanoide es la opción “más sencilla”, aunque comparto tus dudas. El Robosimian parece un diseño inteligente, pero no sé qué tamaño tendrá y cómo puede desenvolverse para subir escaleras de pared y cerrar válvulas. Son tareas de manipulación que requieren de equilibrio sobre dos “piernas”. Desde luego, ¡el tema es muy interesante!

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