La UPV desarrolla un robot que pinta muebles imitando el movimiento humano

El proyecto AI-PRISM, en el que participa la UPV, ha desarrollado soluciones de IA y robótica que facilitan la cooperación entre humanos y robots en entornos con tareas difíciles de automatizar

Un equipo del Instituto de Automática e Informática Industrial (Instituto ai2), el Instituto Tecnológico de Informática (ITI) y del Centro de Investigación en Gestión e Ingeniería de Producción (CIGIP) de la Universitat Politècnica de València ha desarrollado un sistema robótico que ayuda a las empresas fabricantes de mobiliario a preservar el conocimiento de sus especialistas en pintura y facilitar la incorporación de nuevos profesionales. Para ello, ha diseñado un sistema de programación de robots colaborativos fácil e intuitivo. La solución mejora las condiciones de trabajo de los operarios, reduce la dependencia de conocimientos altamente especializados y contribuye a disminuir los defectos de pintura y los tiempos de proceso.

El resultado forma parte de la plataforma tecnológica desarrollada en el marco del proyecto europeo AI-PRISM, la cual tenía como objetivo facilitar el despliegue de aplicaciones de inteligencia artificial en robótica colaborativa.

“El sector del mueble se enfrenta desde hace años a una dificultad creciente para encontrar y retener especialistas en trabajos artesanales como la pintura”, explica Francisco Blanes, investigador principal del proyecto en el Instituto ai2. “Se trata de trabajos que requieren una elevada experiencia y cuyo conocimiento suele adquirirse tras años de práctica, a lo que se suman unas condiciones de trabajo exigentes. Esto dificulta el relevo generacional y limita la capacidad de las empresas para mantener unos elevados estándares de calidad. El reto de mantener procesos altamente especializados es muy relevante para toda la industria europea, marcada por la escasez de profesionales cualificados y el envejecimiento de la fuerza laboral, con lo que nuestra línea de investigación se ha centrado en aportar soluciones a este problema creciente”, apunta.

En este contexto, disponer de herramientas que permitan capturar la experiencia de los operarios y transferirla de forma sencilla a sistemas robóticos se convierte en un elemento clave para facilitar el relevo generacional y mejorar las condiciones de trabajo.

La solución desarrollada está equipada con un sistema de realidad virtual y mixta que permite que el operario teleopere el robot tanto en un entorno virtual como en el real. En ninguno de los casos el operario requiere de conocimientos previos de programación. Esto es gracias a que la tecnología desarrollada se basa en el principio de Programación por Demostración (programming by demonstration, PbD): la interfaz de interacción con el robot se basa en controladores inalámbricos que traducen los movimientos de las manos humanas en acciones precisas que guían el movimiento del robot. Estos movimientos son almacenados y gestionados por la empresa en forma de librería de aplicaciones. El sistema permite, por tanto, ir más allá y ser aplicado a otro tipo de robots colaborativos que realicen otras tareas industriales complejas.

La tecnología se ha testado en la empresa de mobiliario Andreu World. El entorno de programación y despliegue desarrollado en AI-PRISM permite configurar aplicaciones robóticas como las tareas de pintura de sus productos, hecho que facilita que los robots reproduzcan procesos complejos de una forma segura, precisa y repetitiva. Su utilización contribuye, además, a reducir la exposición de los trabajadores humanos a entornos potencialmente peligrosos, ya que se ha dotado al sistema de la capacidad de medir las condiciones de la cabina de pintura, una especificidad del desarrollo en la que ha participado el ITI.

La UPV también ha contribuido a la implementación de la plataforma de integración, contextualización de información y despliegue de modelos de inteligencia artificial sobre sistemas robóticos, facilitando que las diferentes capacidades desarrolladas en el proyecto puedan combinarse y reutilizarse en nuevas aplicaciones industriales.

Guiar a un robot

“Enseñar a un humano a programar un robot requiere tiempo y no todas las empresas pueden esperar a incorporar dicho conocimiento por la curva de aprendizaje que implica. Pero, por el contrario, la Programación por Demostración permite enseñar tareas a un robot guiándolo físicamente, a lo que desde el Instituto ai2 se la ha añadido la versión virtual mediante un gemelo digital del robot”, comenta María del Mar Plaza Cano, investigadora del proyecto en el Instituto ai2, quien ha participado en el desarrollo del sistema de programación por demostración en el marco de su tesis doctoral.

“Las principales ventajas del sistema son la simplicidad, la rapidez y la facilidad de aprendizaje, ya que no requiere conocimientos avanzados de código ni habilidades de programación. Además, al acelerar la formación de los operarios, se incrementa la calidad del trabajo y la seguridad laboral”, comenta la investigadora.

El proyecto AI-PRISM se cerró el pasado 11 de marzo con la revisión de los resultados por parte de la Comisión Europea y visita al laboratorio de Industria 4.0 del Instituto ai2 (UPV) para ver otros pilotos del proyecto. Asimismo, se realizó una demostración del sistema de programación por demostración en las instalaciones de Andreu World, el cual recibió críticas muy positivas por parte de los expertos asistentes.

El proyecto AI-PRISM estuvo formado por 25 socios de 12 países y su objetivo fue proporcionar una plataforma abierta para facilitar el desarrollo, integración y despliegue de aplicaciones de inteligencia artificial para robótica colaborativa centradas en las personas, las cuales permitiesen un ecosistema de cooperación entre humanos y robots en entornos de trabajo de fabricación donde las tareas son difíciles de automatizar, y la velocidad y versatilidad son esenciales. “La idea fue desarrollar aplicaciones que enseñaran a las máquinas a identificar lo que hacen los trabajadores humanos (dónde miran, cómo se mueven, etc.) y así apoyaran y garantizaran la calidad de su trabajo, mejorando la capacidad de reacción o evitando situaciones de potencial peligro", explica Francisco Blanes, investigador principal del proyecto en el Instituto ai2.

Más allá de los avances tecnológicos, AI-PRISM ha perseguido un objetivo claro: demostrar que es posible desarrollar soluciones de inteligencia artificial y robótica que sitúen a las personas en el centro. La coordinación técnica, liderada desde la UPV, ha contribuido a integrar las diferentes tecnologías del proyecto en una plataforma común orientada a facilitar su adopción por la industria sin perder de vista aspectos como la seguridad, la usabilidad y el bienestar de los trabajadores.

“La inteligencia artificial y la robótica están transformando la industria, pero el verdadero reto no es únicamente desarrollar tecnologías más avanzadas, sino decidir cómo queremos incorporarlas a nuestro trabajo.”, explica Francisco Fraile, coordinador técnico del proyecto y miembro de CIGIP (UPV). “Hemos demostrado que es posible diseñar soluciones que preserven el conocimiento de los trabajadores y faciliten la colaboración entre personas y robots. La clave ha sido contar con ellos desde el primer momento: entender cómo trabajan, qué necesitan y qué les preocupa, para que la tecnología se adapte a las personas y no al revés”, añade Laura Moya, investigadora de AI-PRISM que desarrolla su tesis doctoral en el CIGIP (UPV).

Listo para el mercado

En ese contexto, el sistema programación por demostración (VR-based robot painting-by-demonstration for safer and repeatable furniture finishing) ha sido catalogado por la Comisión Europea, a través de su iniciativa Innovation Radar, como una innovación con un alto grado de madurez tecnológica y preparada para su llegada al mercado (o market ready), ya que responde a necesidades ya existentes en el sector industrial al que va dirigido, lo que refuerza su potencial de transferencia y adopción empresarial.

El reconocimiento sitúa a la UPV entre las entidades europeas destacadas por su capacidad para transformar resultados de investigación en soluciones con impacto económico y social. Además, la incorporación de esta tecnología a la plataforma pública Innovation Radar incrementará su visibilidad internacional y facilitará nuevas oportunidades de colaboración con empresas, clientes potenciales e inversores, reforzando el compromiso de la Universitat Politècnica de València con la investigación aplicada y la transferencia de conocimiento al tejido productivo.