Robot de ping-pong de mesa realiza devoluciones rápidas y precisas.

Los ingenieros del MIT han incursionado en el mundo del ping pong robótico con un diseño ligero y de alto rendimiento, capaz de devolver golpes con rapidez y precisión.

El nuevo robot de tenis de mesa cuenta con un brazo articulado montado en un extremo de la mesa de ping pong, equipado con una paleta convencional. Utilizando múltiples cámaras de alta velocidad y un avanzado sistema de control predictivo, calcula rápidamente la velocidad y trayectoria de la pelota entrante, y luego ejecuta uno de varios tipos de golpe —como el loop, drive o chop— para devolver la pelota con precisión a un punto objetivo en la mesa, aplicando el giro adecuado.

Durante las pruebas, los ingenieros lanzaron 150 pelotas al robot desde el lado opuesto de la mesa. El robot logró una tasa de devolución del 88 % en promedio entre los tres estilos de golpe. Su velocidad de respuesta rivaliza con las devoluciones más rápidas hechas por jugadores humanos y supera a otros sistemas robóticos de tenis de mesa.

Ampliar el rango de movimiento del robot para mayor variedad de golpes y potencial comercial

El equipo ahora busca ampliar el rango de movimiento del robot para que pueda manejar una mayor variedad de golpes. Con esta mejora, ven un gran potencial para que el sistema se convierta en un fuerte competidor en el creciente mercado de herramientas robóticas inteligentes para entrenamiento.

Más allá del tenis de mesa, los investigadores creen que esta tecnología podría mejorar la velocidad y agilidad de robots humanoides, especialmente en escenarios críticos como operaciones de búsqueda y rescate, donde las reacciones rápidas y precisas son cruciales.

“Los desafíos que estamos abordando —especialmente los que implican la intercepción rápida y precisa de objetos— pueden ser valiosos en situaciones donde un robot necesita realizar movimientos dinámicos y determinar en tiempo real dónde su efector final debe interceptar un objeto”, explica David Nguyen, estudiante de posgrado del MIT.

Nguyen coescribió el estudio junto a su compañero de posgrado Kendrick Cancio y Sangbae Kim, profesor asociado de ingeniería mecánica y director del Laboratorio de Robótica Biomimética del MIT. Presentarán sus hallazgos este mes en la Conferencia Internacional de Robótica y Automatización (ICRA) del IEEE.

El desafío de construir robots de ping pong desde los años 80

Desde la década de 1980, los investigadores han abordado el complejo desafío de construir robots capaces de jugar al ping pong —una tarea que requiere una combinación única de tecnologías, incluyendo visión de alta velocidad, motores y actuadores receptivos, control preciso de brazos robóticos, predicción en tiempo real precisa y planificación estratégica del juego.

“En cuanto a los problemas de control en robótica, puedes pensar en un espectro”, explica Nguyen. “En un extremo está la manipulación —normalmente lenta y muy precisa, como agarrar cuidadosamente un objeto—. En el otro, está la locomoción, que implica movimiento dinámico y reacción ante perturbaciones. El ping pong se encuentra justo en el medio: requiere la precisión de la manipulación, pero bajo las restricciones de tiempo de tareas dinámicas —como devolver una pelota en solo 300 milisegundos.”

Los sistemas robóticos de ping pong han evolucionado significativamente, con avances recientes de empresas como Omron y Google DeepMind, que utilizan inteligencia artificial para aprender del juego previo y adaptarse a una gama más amplia de golpes y tipos de tiro. Estos sistemas avanzados ahora son lo suficientemente rápidos y precisos como para intercambiar pelotas con jugadores humanos de nivel medio.

Para su diseño más reciente, los investigadores modificaron un brazo robótico de alta potencia y peso ligero desarrollado originalmente por el laboratorio de Kim como parte del proyecto MIT Humanoid —un robot bípedo de aproximadamente el tamaño de un niño pequeño. Este robot humanoide se utiliza para probar una variedad de maniobras dinámicas, como desplazarse por terrenos irregulares, saltar, correr e incluso hacer volteretas, con el objetivo de desplegar robots similares en futuras misiones de búsqueda y rescate.

Mejorando los brazos robóticos para el ping pong: más precisión con grados extra de libertad

Cada brazo del robot humanoide cuenta con cuatro articulaciones, o grados de libertad, controlados por motores eléctricos. Cancio, Nguyen y Kim crearon un brazo robótico similar y lo adaptaron para el ping pong añadiendo un grado extra de libertad en la muñeca, lo que permite un control más preciso de la paleta.

El equipo montó el brazo robótico en un extremo de una mesa de ping pong estándar y colocó cámaras de captura de movimiento de alta velocidad a su alrededor para rastrear las pelotas que rebotaban hacia el robot. También desarrollaron algoritmos de control avanzados que utilizan principios matemáticos y físicos para predecir la velocidad y el ángulo necesarios de la paleta para devolver la pelota con un tipo específico de golpe —como loop (con efecto de topspin), drive (recto) o chop (con efecto de backspin).

Estos algoritmos fueron implementados en tres computadoras que procesaban simultáneamente los datos de las cámaras, estimaban la posición en tiempo real de la pelota y convertían estas predicciones en comandos que permitían a los motores del robot reaccionar rápidamente y ejecutar el golpe apropiado.

Después de lanzar 150 pelotas consecutivamente hacia el brazo del robot, los investigadores descubrieron que su precisión al devolver la pelota era similar en los tres tipos de golpe: 88,4 % para loop, 89,2 % para chop y 87,5 % para drive. Luego ajustaron el tiempo de reacción del robot y descubrieron que su brazo golpea pelotas más rápido que los sistemas actuales, alcanzando velocidades de 20 metros por segundo.

Avances hacia un rendimiento al nivel humano en robots de ping pong

En su estudio publicado, el equipo informa que la velocidad promedio de golpeo —es decir, la velocidad con la que la paleta hace contacto con la pelota— es de 11 metros por segundo. Los jugadores humanos avanzados normalmente devuelven pelotas a velocidades entre 21 y 25 metros por segundo. Desde sus experimentos iniciales, los investigadores han seguido perfeccionando el sistema, logrando velocidades de golpeo de hasta 19 metros por segundo (unos 42 kilómetros por hora).

“Uno de los principales objetivos de este proyecto es demostrar que podemos alcanzar el mismo nivel de atletismo que los humanos”, dice Nguyen. “Y en términos de velocidad de golpeo, estamos muy cerca”.

En investigaciones posteriores, el robot también aprendió a apuntar. El equipo integró algoritmos de control al sistema, lo que permite al robot predecir no solo cómo golpear la pelota, sino también hacia dónde enviarla. Con esta última actualización, pueden establecer una ubicación objetivo en la mesa y el robot devolverá la pelota a ese punto exacto.

Dado que el robot está fijo a la mesa, tiene movilidad limitada y solo puede devolver pelotas que caen dentro de un área en forma de media luna cerca de la línea media de la mesa. En el futuro, el equipo planea montar el robot sobre una plataforma con ruedas o un sistema de rieles, lo que le permitirá cubrir más superficie de la mesa y devolver una gama más amplia de tiros.

“Uno de los aspectos clave del tenis de mesa es predecir el giro y la trayectoria de la pelota, según cómo la golpee tu oponente —información que una máquina lanzapelotas no puede ofrecer—”, explica Cancio. “Un robot como este podría replicar los movimientos de un oponente real, ayudando a los humanos a practicar y mejorar”.

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