Toyota Research Institute (TRI) profundiza en la mejora de la calidad de vida en el hogar gracias a la robótica

• ‘Mock Home’, nuevo laboratorio de investigación que recrea un hogar real para el desarrollo y las pruebas de robots avanzados de asistencia humana.
• Un concepto innovador es el ‘Robot linear’, que descendería de un marco de techo para realizar tareas como cargar el lavavajillas, limpiar superficies y colocar objetos desordenados.
• El aprendizaje de los robots se basa en la observación de las necesidades humanas reales.

Toyota Research Institute (TRI) continúa profundizando en el desarrollo de soluciones robóticas para mejorar la calidad de vida de las personas en el hogar. TRI se centra en la asistencia en el hogar para abordar los problemas a los que se enfrenta la población de mayor edad.

Según la Organización de las Naciones Unidas (ONU), en las próximas tres décadas se prevé que la población mundial mayor de 65 años se duplique. Eso significa que más de 1.500 millones de personas en todo el mundo tendrán 65 años o más para el año 2050. Este envejecimiento de la población tendrá profundos efectos en la sociedad, la fuerza laboral y la economía. TRI considera que su investigación puede proporcionar opciones para abordar estos desafíos con robots avanzados de asistencia humana para ayudar a las personas a envejecer en mejores condiciones.

La investigación robótica de TRI se guía por el concepto japonés ‘Ikigai’, una poderosa idea de que la vida de cada persona debe tener un sentido y propósito. El enfoque centrado en el ser humano de TRI invierte la filosofía típica de Inteligencia Artificial (AI): en lugar de reemplazar a los seres humanos, la investigación de TRI utiliza la AI para mejorar la capacidad humana.

Este enfoque se conoce como Amplificación de Inteligencia —Intelligence Amplification—, donde las máquinas y los humanos trabajan sus sinergias para hacer mejor conjuntamente lo que ninguno de los dos podrían hacer individualmente. "Los estudios de Ikigai nos enseñan que nos sentimos más satisfechos cuando nuestras vidas incorporan un trabajo que amamos y que ayuda a la sociedad", explica Gill Pratt, CEO de TRI y Científico Jefe de Toyota Motor Corporation (TMC). "Para permitir que más personas alcancen su Ikigai, TRI está buscando nuevas formas de 'automatización con un toque humano' —‘Jidoka’ en el Sistema de Producción de Toyota— y desarrollar capacidades que amplifiquen, en lugar de reemplazar, la capacidad humana, con el objetivo de alcanzar la felicidad y realización a todas las personas".

EL POTENCIAL Y LOS DESAFÍOS DE LOS ROBOTS DE AMPLIFICACIÓN HUMANA

A medida que la sociedad envejece, habrá una enorme demanda de mayores cuidados, sistemas que nos permitan vivir más tiempo siendo independientes, y ayudas para una fuerza laboral cada vez más envejecida. Los robots y la automatización pueden desempeñar un papel clave en liberar a las personas para que pasen más tiempo con la familia, ayudar a las personas con las tareas que disfrutan o ayudarles a realizar el trabajo para sus trabajos.

TRI cree que los robots aun no desempeñan estas funciones porque los desarrolladores de robótica aún no han descubierto cómo hacer que los robots operen de manera fiable en entornos tan complejos y no estructurados como en los que las personas se manejan a diario. A diferencia de las fábricas, donde el entorno es estructurado y programable, los entornos humanos naturales, como el hogar, son desestructurados, muy variables y diversos. Por ejemplo, cada hogar es único, con una combinación diferente de objetos en configuraciones distintas que cambian constantemente.

"La investigación robótica de TRI se centra en el hogar porque es en ese entorno donde los robots pueden proporcionar la mayor ayuda para el desarrollo humano", señala Max Bajracharya, Vicepresidente de Robótica de TRI, quien añade: "También es uno de los entornos más complejos para que los robots los puedan dominar. Nuestro trabajo se centra en dos desafíos clave: enseñar a los robots el comportamiento humano y usar la simulación para entrenar y validar los comportamientos de los robots. Denominamos esta idea como el aprendizaje de la flota, donde cuando una máquina aprende algo, todos aprenden algo. Creemos que esta va a ser la clave para hacer que los robots en entornos humanos resulten prácticos".

ENSEÑAR A LOS ROBOTS

Para abordar la diversidad a la que se enfrenta un robot en un entorno doméstico, TRI enseña al robot a realizar tareas arbitrarias con una gran variedad de objetos, en lugar de programar el robot para realizar tareas predefinidas específicas con objetos concretos. De esta manera, el robot aprende a vincular lo que ve con las acciones que se le enseñan. Cuando el robot vuelve a ver un objeto o escenario específico, incluso si la escena ha cambiado ligeramente, sabe qué acciones puede tomar con respecto a lo que ve.

Utilizar a los seres humanos como profesores es una forma clave por la que TRI está permitiendo a los robots aprender y adquirir habilidades en el mundo real. Usando la realidad virtual, un entrenador humano ve lo que el robot ve en tiempo real y luego ordena al robot que realice una variedad de acciones diferentes. El equipo de robótica de TRI está trabajando en generalizar este tipo de aprendizaje, por lo que, si un robot aprende una tarea de limpieza en una cocina simulada, podría hacer la misma tarea en cualquier otra cocina.

USO DE LA SIMULACIÓN PARA LA INVESTIGACIÓN DE COMPORTAMIENTOS

TRI ha realizado una inversión significativa en simulación, tanto para la ingeniería como para la validación de comportamientos de robots. La mecánica de la manera en que una mano robotizada interactúa con los objetos es muy complicada de simular, por lo que la simulación no se ha utilizado para la investigación de gestos manuales en robótica.

Con el fin de enseñar a un robot un nuevo comportamiento, o mejorar uno que ya conoce, el software de simulación de TRI proporciona una manera de entender el rendimiento del robot sin tener que realizar físicamente todas las tareas cada vez que se realiza un cambio. Los resultados en la simulación se prueban en entornos de cocinas reales en el laboratorio TRI en Cambridge. El uso de herramientas de simulación por parte de los investigadores de TRI también permite avanzar en el desarrollo robótico incluso aunque sólo haya un período de acceso limitado a materiales e instalaciones de pruebas.

"Hemos utilizado nuestro robot de carga de platos y limpieza de entornos desordenados para mejorar de manera automatizada los comportamientos durante la simulación y que eso resulte en un mejor rendimiento en los robots reales", asegura Russ Tedrake, Vicepresidente de Investigación Robótica de TRI.

El equipo de manipulación robótica TRI con sede en Cambridge, Massachusetts (EEUU), está trabajando en ampliar la investigación sobre esos desafíos.

NUEVO HARDWARE Y SOFTWARE ROBÓTICO

Respecto a soluciones robóticas en el hogar, el equipo de TRI también está considerando ideas algo más radicales. Un concepto innovador es el ‘Robot linear’, capaz de descender desde un marco de techo para realizar tareas como cargar el lavavajillas, limpiar superficies y colocar objetos desordenados.

Al desplazarse por el techo, el robot evita los problemas de tener que moverse por el posible desorden del suelo del hogar y por espacios estrechos. Cuando no está en uso, el robot se recoge sin suponer un estorbo o molestia. Para investigar más a fondo esta idea, el equipo ha construido un prototipo de robot de laboratorio que puede hacer todas las mismas tareas que un robot móvil basado en el suelo, pero con el innovador sistema de movilidad aérea desde el techo.

Otra innovación, para cubrir la necesidad de que haya un contacto suave a medida que los robots interactúan con entornos interiores, los investigadores de TRI han desarrollado unas nuevas pinzas de materiales blandos que tienen una capacidad de detección táctil de alta sensibilidad.

"Las pinzas blandas están hechas de un material suave con burbujas de aire, que es el que está en contacto con objetos o herramientas, y podemos controlar el contacto aumentando o disminuyendo la presión del aire en las burbujas", explica Tedrake, quien señala también: "Dentro hay una cámara de profundidad que detecta la forma que percibe la burbuja, y rastrea el movimiento para estimar la fuerza correcta de presión que ha de realizar sobre la superficie".

EL ENTORNO ‘MOCK HOME’

En la sede de TRI en Los Altos, California (EEUU), un equipo de investigación dirigido por Jeremy Ma y Dan Helmick trabajan en una nueva instalación de pruebas de robótica denominada ‘Mock Home" (casa simulada), en el que se pueden usar diferentes diseños de pisos y cambiar la posición y ubicación de sus muebles y objetos, lo que permite a TRI desarrollar capacidades fundamentales de un robot antes de probarlas en un hogar real. La casa simulada cuenta con cocina, comedor, baño, y un espacio de estar similar a los que se pueden encontrar en una casa real.

"Aunque el hogar simulado es una incorporación relativamente nueva a nuestras instalaciones, ofrece a nuestro equipo la posibilidad de probar conceptos de manera rápida y eficiente", afirma Jeremy Ma, Senior Manager de Robótica de TRI, al tiempo que indica: "Planeamos terminar la construcción de la casa simulada para finales de este año y esperamos que este laboratorio sea un elemento fundamental para desarrollar las capacidades futuras de la robótica en Toyota".

ATENDER LAS NECESIDADES REALES DE LAS PERSONAS

Para que la robótica tenga éxito en el hogar, TRI considera fundamental descubrir los gustos, necesidades y formas de realización individuales de los seres humanos. TRI adopta un enfoque de ‘fallo rápido’ para el desarrollo de la tecnología para que su trabajo pueda tener un impacto positivo en las vidas reales y mejorar el bien social. En lugar de solamente desarrollar capacidades que los investigadores consideran interesantes o creen que impulsarán un área de desarrollo, TRI tiene un grupo de experiencia de usuarios para robótica y diseño industrial para descubrir e identificar las necesidades reales de los usuarios.

"Dependemos en gran medida de las técnicas de investigación basadas en la observación, como las investigaciones contextuales", asegura Steffi Paepcke, Jefe de Equipo en Experiencia de Usuario de TRI. "Antes del COVID-19, nos desplazamos a Japón a trabajar con nuestros colegas de investigación para visitar hogares de personas de avanzada edad y observarlos realizando su vida diaria, tomando nota de los puntos clave, desafíos y oportunidades. Observamos que cocinar es una actividad muy agradable para muchas personas, aunque puede ser más exigente y cansada a medida que pasa el tiempo. Compartir la comida y cocinar para sus seres queridos también sirve como nexo de unión para la conexión social... por lo tanto, ofrecer a las personas mayores un robot de cocina totalmente automatizado o comida precocinada podría ser físicamente beneficioso, pero emocionalmente perjudicial para estas personas", señala Paepcke.

El desafío es entender realmente cómo desarrollar la robótica centrada en el ser humano cuando cada usuario individual representa un caso y un modelo único. El objetivo no es simplemente dar a las personas sistemas que aporten soluciones prácticas, sino encontrar maneras de permitir verdaderamente a las personas lograr la realización y ayudar a la sociedad, cada uno de ellos a su manera individual y única.

COLABORACIÓN CON OTRAS ÁREAS TOYOTA

El verdadero objetivo de la robótica de TRI es desarrollar nuevas capacidades que puedan contribuir a resolver problemas del mundo real y ayudar a la sociedad de una manera mucho más global. Para conseguir que exista un impacto en el mundo real, TRI también está trabajando estrechamente con otros grupos dentro de los diferentes ámbitos de Toyota. Uno de esos grupos es Toyota AI Ventures, la primera firma de capital riesgo corporativo de Toyota que invierte estratégicamente para apoyar a nuevas ‘start-ups’ en sus etapas iniciales de desarrollo.

Otro grupo es TRI-AD, que pronto será parte del Grupo Woven Planet Holdings, que se centra en aprovechar nuevas oportunidades desde TRI y otras áreas de Toyota y, en colaboración con ellas, desarrollarlas para poder pasar de conceptos a productos concretos y tangibles.