El Dr. Geovanni Martínez Castillo, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Costa Rica, acaba de concluir una misión en la NASA que implicó el establecimiento de un algoritmo matemático para estimar el movimiento humano que permita al astronauta robot (robonauta), del Centro Espacial Johnson, trabajar en la Estación Espacial Internacional siendo operado desde la Tierra.
El robonauta tiene aspecto humano y sus brazos son capaces de realizar tareas como lo haría una persona. Sus manos pueden usar herramientas hábilmente.
Hace dos años, a petición de la Universidad de Houston, viajó para aplicar los conocimientos desarrollados en su tesis doctoral presentada en la Universidad de Hannover, Alemania, la cual establecía un algoritmo para estimar el movimiento humano a partir de una señal de vídeo.
Esta tecnología era ideal para el proyecto que en ese momento estaba llevando a cabo el Centro Espacial Jonson, con el fin de darle «vida» al robot que en unos tres o cuatro años aliviará el trabajo de los astronautas en la exploración del espacio. De manera que misiones tan arriesgadas como la que realizó el astronauta Franklin Chang Díaz recientemente en la Estación Espacial, las podría ejecutar el robot sin tanto desgaste humano.
El trabajo del costarricense permitirá que el robonauta duplique los movimientos de una persona (operador) que se encuentra en la Tierra. Para ello se colocará una cámara de vídeo monocular enfrente del operador. Luego, de la señal de vídeo se estimará el movimiento tridimensional de las diferentes partes del operador (cabeza, tronco y extremidades).
Finalmente, el movimiento estimado será usado para generar y enviar comandos vía Internet al robonauta, para que él mismo duplique los movimientos realizados por su operador. Si el operador levanta el brazo derecho, así lo hará el robonauta. Y si el operador toma un taladro y empieza a taladrar una pieza, el robonauta deberá duplicar la acción hasta el último detalle.
Para el Dr. Martínez lo «novedoso del proyecto es que se puede estimar el movimiento tridimensional con una sola cámara de vídeo, sin necesidad de usar marcadores o sensores magnéticos, lo que hace de la teleoperación del robonauta un proceso más intuitivo y amigable».
COMO SI FUERA HUMANO
Debido a que solo existe un robonauta y muchos científicos del Centro Espacial Johnson trabajan en sus diferentes capacidades, se creó uno virtual o simulador por computadora para que las pruebas no le causen daño.
El robonauta poseerá un sistema de retroalimentación de fuerza, de manera que el operador, quien tendrá un guante con sensores, podrá sentir como si fuera él quien está levantando una herramienta, su peso real y la fuerza que tendrá que imprimirle a la hora de atornillar o taladrar, que son dos de las funciones básicas que debe ejecutar este nuevo miembro de la NASA.
El operador realizará la teleoperación del robonauta desde un cuarto o sala de inmersión tridimensional, en donde podrá ver en tres dimensiones lo que el robot ve a través de la cámara estereoscópica que forma parte de su cabeza.
Otra ventaja de este tipo de teleoperación, es que el operador puede estar acompañado por otros especialistas dirigiendo las maniobras del robot.
ESTIMACIÓN DEL MOVIMIENTO
El algoritmo de estimación de movimiento humano desarrollado por el Dr. Martínez se puede resumir de la siguiente manera: primero el operador es representado mediante un modelo conformado por varias partes rígidas unidas a través de articulaciones esféricas. La forma de cada parte es descrita por una red de triángulos, y su movimiento por seis parámetros: un vector de translación tridimensional y tres ángulos de rotación. Luego, los parámetros de movimiento son estimados maximizando la probabilidad condicional de las diferencias de intensidad entre imágenes consecutivas.
Actualmente, el algoritmo establecido por el Dr. Martínez permite estimar el movimiento tridimensional únicamente del brazo derecho del operador y los resultados experimentales mostraron un error de posición entre la muñeca del operador y la del robot de 0.57 cm.
Al respecto, el especialista considera que lo que corresponde ahora es mejorar la precisión y el tiempo de procesamiento del algoritmo, así como extenderlo para estimar el movimiento del resto de las partes del operador.
Para transmitir los comandos al robonauta vía Internet se utiliza un software denominado NDDS (Netword Data Delivery Service), de la compañía Real Time Innovations. Inc.
USOS EN MEDICINA
La tecnología desarrollada tiene también aplicaciones en telemedicina, diagnóstico médico e inspección remota.
El Dr. Martínez dijo que se dedicará a la creación de un Laboratorio de Investigación en Procesamiento de Imagen y Visión por Computador en la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la UCR, cuya principal tarea sería el desarrollo de nuevos algoritmos para la teleoperación de robots, telemedicina, el diagnóstico médico y la inspección y control de procesos industriales a partir del análisis de una señal de vídeo.
Además continuará realizando algunos proyectos de investigación en forma conjunta con la Universidad de Hannover, Alemania y el Centro Espacial Johnson de la NASA, en el área de visión por computador.
Actualmente imparte los cursos de Matemáticas Superiores para Ingeniería en grado, el de Sistemas de Comunicación en licenciatura, y está preparando un curso para la maestría en Ingeniería Eléctrica, sobre Procesamiento de Imagen y Visión por Computador para el año 2003.
Los interesados en conocer más información sobre el quehacer de este investigador universitario en la NASA, pueden visitar su sitio en Internet: www.vcl.uh.edu/~martinez
