La simulación de tenis de mesa. Crédito: Nguyen et al.
En las últimas décadas, los robotistas han introducido varios sistemas que pueden replicar movimientos y comportamientos humanos específicos con una precisión notable. Algunos de estos robots pueden incluso competir con otros robots o humanos en deportes específicos, como los robots que se exhiben en The Robocup, un evento de robótica internacional en el que los robots juegan fútbol entre sí.
Los investigadores del Laboratorio de Robótica Biomimética del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) introdujeron recientemente una nueva plataforma de tenis de mesa robótica que puede golpear de manera exitosa y rápida pelotas con una raqueta de tenis de mesa. Su plataforma, esbozada en un artículo publicado en el servidor de preimpresión ARXIV, puede reproducir varios estilos de hit de tenis de mesa y girar la pelota en diferentes direcciones con alta precisión.
“El laboratorio de robótica biomimética en el MIT siempre se ha esforzado por crear sistemas robóticos performadores innovando tanto en el hardware como en el control como se ve con la minijeeta”, dijo Kendrick Cancio, coautor del periódico, a Tech Xplore.
“Tuvimos la oportunidad de crear este sistema de tenis de mesa en nombre del Instituto de Robótica y AI como una plataforma para explorar la manipulación dinámica con el objetivo final de alcanzar la paridad humana en la mesa de tenis en una plataforma antropomórfica dinámica”.
El laboratorio de robótica biomimética realiza investigaciones centradas en dos áreas principales de control de robots: locomoción de patas dinámicas (es decir, el movimiento flexible de los robots de piernas) y la rápida manipulación de objetos. Estas dos áreas de investigación en robótica vienen con sus propios desafíos únicos.
Cuando se trata de una locomoción robot de piernas, un desafío clave es manejar efectivamente las perturbaciones en el medio ambiente, mientras que la manipulación exitosa de objetos implica la realización de maniobras deseadas con precisión.
El replanador de la trayectoria del brazo dio una nueva estimación de dónde estará la pelota. Crédito: Nguyen et al,
“El tenis de mesa difumina las líneas entre estos problemas de control con adaptividad y precisión requeridas a medida que se dispone de más información sobre una pelota entrante”, dijo David Nguyen, coautor del periódico, a Tech Xplore. “Esto lo convierte en un problema de control único que creemos que podemos salir del parque con nuestro hardware de robótica personalizada”.
La nueva plataforma desarrollada por Nguyen, Cancio y Sangbae Kim consiste en un brazo robótico y un algoritmo de control. El algoritmo puede predecir el camino de una pelota entrante y planificar las acciones que el brazo debe realizar al balancear la raqueta para golpear la pelota, mientras que cumple con las condiciones de ataque especificadas.
“Incluso mientras se balancea, el camino que toma el brazo se actualiza dinámicamente para garantizar que la paleta alcance la pelota en la ubicación, la velocidad y la orientación correctas”, explicó Nguyen.
“Descubrimos que planificar todo el swing en lugar de solo las acciones futuras era más confiable, pero requiere maniobras más agresivas de nuestro brazo. Esta es una ventaja única de nuestro trabajo, ya que podemos superar los límites de nuestro hardware personalizado mucho más que un sistema estándar”.
Los sistemas robóticos desarrollados por los investigadores tienen dos componentes principales, denominados módulos de percepción y actuación. El módulo de percepción consiste en un sistema de seguimiento de movimiento listo para usar, que puede localizar las pelotas de tenis de mesa personalizadas desarrolladas por los investigadores.
“Predecimos la trayectoria de la pelota para obtener una ubicación de ataque anticipada y un tiempo de ataque”, explicó Cancio.
“Al mismo tiempo, tenemos un problema de optimización no lineal que utiliza estos valores junto con la información sobre cómo nos gustaría golpear la pelota para generar una trayectoria de swing para el brazo. Nuestro controlador predictivo de modelo resuelve continuamente para esta trayectoria del brazo y permite que el brazo reaccione a medida que obtenemos posiciones actualizadas de la pelota”.
El brazo robótico integrado en la plataforma de tenis de mesa del equipo es una versión personalizada de un brazo humanoide desarrollado en el MIT. Este brazo tiene una inercia de rotor de alto torque y baja, dos características que permiten no solo balancearse rápidamente, sino también reaccionar rápidamente y adaptar sus trayectorias si las predicciones iniciales sobre la trayectoria de una pelota son incorrectas.
“Demostramos la capacidad de adaptar una trayectoria para cumplir con precisión un objeto de movimiento dinámicamente”, dijo Nguyen. “Aunque el tenis de mesa no va a salvar ninguna vida, este tipo de control podría usarse en situaciones de búsqueda y rescate difíciles en las que un robot más general como un humanoide podría necesitar interceptar un objeto”.
Nguyen, Cancio y Kim evaluaron su plataforma de tenis de mesa robótica en una serie de experimentos en el mundo real y descubrieron que funcionaba notablemente bien. En estas pruebas iniciales, el brazo robótico alcanzó bolas entrantes con una tasa de éxito del 88% y una velocidad de salida promedio de 11 m/s, después de tres estilos de bateo distintos.
Imagen de Photoshop de un swing y una bola. Crédito: Nguyen et al. Imagen de Photoshop de un swing y una bola. Crédito: Nguyen et al, imagen de Photoshopped de un swing y bola. Crédito: Nguyen et al,
“En este momento, la robótica generalmente se divide entre los enfoques basados en modelos y los enfoques de aprendizaje de refuerzo, y algunos esperan que esta última sea la herramienta de atrapar en el futuro cercano”, dijo Cancio. “Mostramos que la optimización basada en restricciones todavía tiene un lugar para los sistemas performantes y esperamos aprovechar los beneficios de cada uno cuando sea apropiado”.
El nuevo sistema desarrollado por este equipo de investigadores pronto podría inspirar a otros robotistas a desarrollar plataformas de tenis de mesa automatizadas similares. Además, Nguyen, Cancio y Kim esperan aplicar el algoritmo de hardware y control que desarrollaron a otras tareas de manipulación dinámica.
“Desde que presentamos el documento en septiembre, hemos hecho mucho para mejorar las capacidades del sistema”, agregó Nguyen. “Es decir, ahora podemos apuntar a ubicaciones específicas sobre la tabla y planificar toda la trayectoria y el contacto entre la pelota y la paleta”.
Como parte de sus futuros estudios, los investigadores planean mejorar aún más las capacidades de la plataforma robótica de tenis de mesa. Al ampliar el espacio de trabajo del MIT Humanoid Arm utilizando un pórtico (es decir, una estructura que apoya el brazo), por ejemplo, podrían permitir que juegue juegos completos de tenis de mesa contra usuarios humanos.
“Nuestro objetivo es seguir presionando el rendimiento de nuestro sistema expandiendo el espacio de trabajo utilizando un pórtico y aumentando significativamente nuestras velocidades de salida de la pelota”, agregó Cancio.
“También nos gustaría avanzar hacia el seguimiento de las pelotas de tenis de mesa estándar para hacer mejores comparaciones contra los humanos y otros sistemas robóticos por igual”.
Más información: David Nguyen et al, balanceo de tenis robótico de alta velocidad con hardware liviano con control predictivo del modelo, ARXIV (2025). Doi: 10.48550/arxiv.2505.01617
Información en el diario: ARXIV
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Cita: el sistema de tenis de mesa robótica predice la trayectoria de la pelota y adapta el swing en tiempo real (2025, 31 de mayo) Recuperado el 31 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-Robotic-table-tennis-ball-trajory.html
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