PhoneBot: Un robot humanoide de bajo coste impulsado por smartphones Android

Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) han ideado PhoneBot, un robot humanoide de código abierto que utiliza un smartphone Android convencional para reemplazar la electrónica costosa que habitualmente se requiere en la construcción robótica. Esta iniciativa, destacada en un informe publicado por Hackster.io, capitaliza la potencia de procesamiento, las cámaras, los sensores de movimiento y la conectividad inalámbrica integrados en los teléfonos inteligentes.

PhoneBot mide aproximadamente 48 centímetros (19 pulgadas) de altura y pesa cerca de 1.8 kilogramos (4 libras). Su coste de construcción, excluyendo el smartphone, ronda los 400 dólares. A pesar de no poseer brazos ni cabeza, el robot es capaz de caminar sobre dos piernas, seguir personas con su cámara y recuperarse tras una caída.

El diseño del tren inferior del robot cuenta con 12 grados de libertad, distribuidos con tres articulaciones en cada cadera, una en cada rodilla y dos en cada tobillo. Una decimotercera articulación permite la rotación del torso, lo que facilita que la cámara del smartphone rastree objetos sin necesidad de mover los pies del robot. Todas las 13 articulaciones son accionadas por servomotores DYNAMIXEL XL430-W250-T, elegidos por su coste asequible.

El smartphone se aloja en un soporte ubicado sobre las caderas, operando como el ordenador principal y el conjunto de sensores del robot. Su unidad de medida inercial integrada (IMU) monitoriza la orientación y el movimiento del cuerpo, mientras que la cámara gestiona la detección de objetos, el seguimiento humano y la navegación visual. Una aplicación Android personalizada ejecuta las redes neuronales de movimiento y control del robot utilizando TensorFlow Lite. La comunicación con los servomotores se realiza a través de Wi-Fi, mediante un pequeño ordenador de a bordo, lo que también permite intercambiar smartphones fácilmente sin alterar la electrónica del robot.

Los investigadores probaron PhoneBot con cuatro smartphones Android, incluyendo un Honor 9 de 2017 y tres modelos económicos con precios entre 50 y 80 dólares. Todos los dispositivos demostraron ser capaces de gestionar las funciones principales del robot, confirmando que incluso el hardware más antiguo posee la potencia computacional necesaria para esta aplicación.

El desarrollo de un sistema de locomoción fiable para un humanoide de bajo coste implicó un considerable esfuerzo. Los desarrolladores recurrieron al aprendizaje por refuerzo para entrenar el controlador de marcha de PhoneBot en simulación, teniendo en cuenta las limitaciones de par de los motores económicos. Intentos iniciales resultaron en una marcha asimétrica. Para corregir esto, se introdujo la técnica de ‘mirroring sagital’, duplicando cada ejemplo de entrenamiento con los lados izquierdo y derecho invertidos. Esto enseñó al robot a usar ambas piernas de manera equitativa, reduciendo la asimetría del ángulo de las articulaciones de 0.254 a 0.003 radianes en simulación y mejorando la velocidad y consistencia del entrenamiento.

PhoneBot presenta aún limitaciones, como un controlador de marcha entrenado únicamente para terrenos planos y una capacidad de carga restringida por sus motores. Los investigadores tienen como objetivo futuro la incorporación de brazos ligeros y la mejora de la locomoción en superficies irregulares. También buscan trasladar el procesamiento de IA conversacional, que actualmente requiere un portátil externo, directamente al smartphone.