El uso de robots cuadrúpedos en operaciones de búsqueda y exploración en las zonas afectadas por desastres causados por emergencias, o catástrofes (terremotos, derrumbes o incendios) se ha convertido en una herramienta clave en misiones de búsqueda, rescate y exploración en entornos hostiles.

A diferencia de los robots con ruedas u orugas, que se atascan fácilmente ante cualquier obstáculo grande, los cuadrúpedos imitan la locomoción animal para moverse con agilidad por terrenos completamente irregulares. Además, dado que en los desastres naturales las primeras horas son críticas y los escenarios pueden resultar peligrosos para el personal de emergencias, los robots son una opción segura y adecuada para empezar a explorar la zona.

No obstante, para que el trabajo de los robots sea eficaz, las rutas y movimientos deben estar lo mejor calculadas posible y ese es el objetivo de un nuevo sistema de navegación avanzada desarrollado por un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) que utiliza gemelos digitales para testar previamente los recorridos y así mejorar la precisión de los robots.

“El objetivo principal es dotar a los robots cuadrúpedos de la inteligencia necesaria para elegir la ruta más segura y eficiente en operaciones de Búsqueda y Rescate (SAR)”, explica Christyan Cruz, investigador del Centro de Automática y Robótica de la UPM y uno de los coautores de este trabajo.

“El sistema evalúa múltiples rutas y busca minimizar las caídas del robot, reducir su consumo de energía y optimizar el tiempo de recorrido en terrenos irregulares. En última instancia, el objetivo es maximizar la eficiencia del rescate y minimizar los graves riesgos a los que se exponen los equipos humanos de emergencia”, añade el investigador de la UPM.

Una herramienta para mejorar la seguridad de los equipos de rescate

Bajo la premisa de testar previamente la misión mediante un “gemelo digital” antes de su ejecución en el entorno real, se desarrolló un entorno de simulación de alta fidelidad generado a partir del escaneo láser del terreno. “Sobre este gemelo digital se evalúan múltiples trayectorias y estrategias de navegación del robot, seleccionando posteriormente la más adecuada para su despliegue en condiciones reales”.

La metodología fue validada en escenarios representativos de búsqueda y rescate con presencia de humo, fuego y escombros, demostrando una elevada similitud entre los resultados obtenidos en simulación y en experimentos reales. Así, los investigadores lograron transferir con una alta tasa de éxito las trayectorias calculadas en la simulación al robot real en escenarios físicos reconstruidos. “Las pruebas en el mundo real mostraron una desviación mínima (apenas un ±4.3%) respecto a los parámetros que se habían simulado previamente, validando la enorme eficacia y seguridad del método "sim-to-real", explica Cruz.

Además, los expertos implementaron un controlador basado en lógica difusa que adapta la velocidad y los movimientos del robot frente a la incertidumbre del entorno.

Para los investigadores de la UPM, esta tecnología presenta un gran potencial de transferencia directa en la gestión de emergencias y catástrofes naturales (terremotos, derrumbes, incendios), mejorando la precisión en las labores de búsqueda sin comprometer la seguridad de los equipos de rescate.

“En situaciones donde la presencia humana es demasiado peligrosa debido a la inestabilidad del terreno, gases tóxicos o humo, estos robots cuadrúpedos pueden entrar como primera línea de intervención para mapear el entorno, transmitir información vital sobre el estado del desastre (imágenes RGB, térmicas, sonido) o incluso entregar suministros de primera necesidad a las víctimas atrapadas”, concluyen los investigadores.

Esta investigación ha sido apoyada financieramente por el proyecto europeo EXTRA-BRAIN ("Explainable Trustworthy AI for Data Intensive Applications"), financiado a su vez por el programa Horizon Europe de la Comisión Europea. Sus resultados han sido presentados en la última edición de la IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS ), considerada mundialmente como el congreso cumbre y más importante en el campo de la robótica.