¿Transformadores del Mundo Real? Ingenieros Crean Robots que se Transforman en el Aire

El mundo de la robótica avanza a un ritmo rápido. Desde robots de trabajo hasta robots humanoides más hábiles y capaces de movimientos complejos, estamos entrando en la nueva era de la robótica. 

Solo el mes pasado, los investigadores crearon robots interactivos que actúan como caballos de terapia, respondiendo a emociones humanas; un robot blando pero inteligente que se mueve y agarra objetos al percibir su entorno, muy parecido a un pulpo; and a perro robótico que imita a los mamíferos para una movilidad superior tanto en tierra como en agua.

Los ingenieros incluso han inventado un músculo autorreparable para robots que pueden detectar lesiones, curarlas y luego reiniciarse para detectar futuros daños. La capacidad de controlar robots de forma remota mientras sienten la interacción en la punta de los dedos también ha sido introducida.

En medio de todo esto, un equipo de ingenieros ha desarrollado ahora un verdadero Transformador que puede cambiar su forma mientras está en el aire. Esta transformación en el aire permite que el robot ruede sin esfuerzo y luego inicie sus operaciones en el suelo sin pausa. 

Con esta capacidad, los ingenieros de Caltech han superado el desafío con robots especializados que pueden tanto conducir como volar sin atascarse en terrenos accidentados. La flexibilidad mejorada de estos robots puede ser especialmente beneficiosa para exploradores robóticos y entregas.

Por qué los Robots Terrestres y Aéreos Tienen Dificultades en Entornos del Mundo Real

El movimiento efectivo entre tierra y aire es crucial para una amplia gama de aplicaciones robóticas; sin embargo, ni los robots terrestres ni los aéreos son aún capaces de operar de manera fiable en el mundo real. 

Mientras que los robots terrestres están limitados por su rango de operación, lo que les impide moverse a través de obstáculos altos o realizar tareas de inspección, los robots aéreos enfrentan el problema del rendimiento limitado de la batería debido a los requisitos de carga útil y a preocupaciones de seguridad al volar en entornos urbanos.

Estos desafíos que enfrentan los sistemas autónomos actuales pueden superarse combinando capacidades aéreas y terrestres. Por lo tanto, el enfoque del equipo de ingenieros de Caltech está en el desarrollo de robots tierra-aire.

Los diseños de muchos de estos robots tienden a depender de la filosofía de redundancia y del uso de múltiples actuadores para cumplir con sus requisitos de movimiento bimodal.

Sin embargo, estos diseños redundantes de robots a menudo terminan usando más actuadores y componentes de los necesarios, lo que resulta en un aumento de peso y costo.

Aquí, los morfobots o robots que reutilizan los mismos apéndices para diferentes tareas mediante el cambio de forma pueden generar diferentes modos de locomoción mientras disminuyen tanto la complejidad del sistema como el peso.

Este tipo de diseños de robots a menudo se inspiran en los comportamientos de locomoción multifuncional de los animales y se espera que aumenten la eficacia de los robots autónomos móviles que deben enfrentar entornos cambiantes y no estructurados.

Por ejemplo, un estudio de investigadores de la Universidad Estatal de Colorado de hace un par de años presentó¹ un esquema de morfología incrustada para sistemas robóticos morfológicamente adaptativos.

Los investigadores desarrollaron tres robots que pueden morfarse sus piernas y cuerpos según sea necesario para moverse a través de terrenos difíciles. Estos sistemas fueron diseñados para imitar la forma en que los organismos biológicos, como las ranas, adaptan su forma dependiendo de su entorno y ciclo de vida. Para desarrollar estos robots, los investigadores usaron materiales que pueden volverse blandos o rígidos con cambios de temperatura y moverse sin sistemas de energía voluminosos.

Su esquema de morfología incrustada utilizó un músculo artificial ligero, muy parecido al humano, que se contrae cuando se aplica electricidad, lo que permite a los investigadores lograr una variedad de tipos de forma y los hace más versátiles y mejor equipados para navegar en entornos difíciles. 

Investigaciones recientes han utilizado apéndices multifuncionales y cambios de forma corporal para mejorar el movimiento, permitiendo maniobras que antes no eran posibles. Pero una capacidad de los morfobots que no se ha estudiado tanto es su cambio de forma en el aire para mejorar tanto el movimiento terrestre como el aéreo.

Esto puede proporcionar a los morfobots la capacidad de evitar la necesidad de interacción con vehículos terrestres durante la transformación. 

El cambio en el aire puede ofrecer una vía fiable hacia la agilidad conductual y la seguridad de la misión en escenarios donde la morfología terrestre puede no ser posible debido a terrenos accidentados que obstruyen el movimiento terrestre de los apéndices del robot.

Así, los ingenieros de Caltech presentaron su estudio, que visualiza una maniobra de transición aérea que conecta el vuelo y la conducción.

Esta maniobra se llama aterrizaje dinámico con ruedas, donde el objetivo es lograr una transición suave del vuelo a la conducción transformándose cerca del suelo y aterrizando en apéndices de rueda-impulsor de doble propósito con una configuración lo más cercana posible a la de conducción, lo que implica el mayor ángulo de inclinación posible, mientras se alcanza la velocidad de impacto deseada. 

A diferencia de las maniobras de aterrizaje convencionales de cuadricópteros, donde el robot generalmente aterriza mediante un descenso vertical sin transformación, la maniobra presentada en el estudio implica una morfo-transición, lo que significa cambiar entre dos modos mediante una morfología cercana al suelo.

Pero lograr este tipo de maniobra no es una tarea fácil; más bien, es un desafío desde la perspectiva del diseño, modelado y control. 

No solo la maniobra requiere un mayor torque para soportar consistentemente las fuerzas de empuje, sino que también introduce nuevos acoplamientos dinámicos entre los límites de los actuadores y los grados de libertad del robot. La operación aérea autónoma cerca del suelo ya es un problema conocido y desafiante debido a los efectos de la aerodinámica del suelo. Además, la aerodinámica del vuelo morfado y la transformación cerca del suelo son en gran medida desconocidas. 

Para abordar estos desafíos, los investigadores de Caltech han diseñado el Morphobot Transformable Aéreo (ATMO) específicamente para resolver el problema de la transformación en el aire.

Dentro de ATMO: El Robot Transformador del Mundo Real Explicado

Publicado en la revista Communications Engineering, el estudio, respaldado por fondos del Center for Autonomous Systems and Technologies de Caltech, aborda el desafío de la transformación aérea para los Morphobots diseñando un robot volador-conductor llamado ATMO.

Este robot está especializado en la transformación en el aire mediante un mecanismo de morfología que permite cambiar la forma del cuerpo en pleno vuelo mientras requiere una actuación mínima.

Utiliza cuatro propulsores para volar mientras las cubiertas que protegen los propulsores se convierten en las ruedas del sistema en una configuración de conducción alternativa. Toda esta transformación depende de un solo motor para mover una articulación central, que empuja los propulsores hacia arriba al modo dron o hacia abajo al modo de conducción.

El nuevo sistema robótico está inspirado en la naturaleza, con el autor principal Ioannis Mandralis, un estudiante de posgrado en aeroespacial en Caltech, ilustrando cómo los pájaros vuelan y ajustan su morfología corporal para desacelerar y evitar obstáculos. 

“Tener la capacidad de transformarse en el aire abre muchas posibilidades para una mayor autonomía y robustez.”

– Mandralis

Y aunque ver a un pájaro aterrizar y correr parece bastante simple, no lo es.

“En realidad, este es un problema con el que la industria aeroespacial ha estado luchando durante probablemente más de 50 años,” dijo Mory Gharib, profesor Hans W. Liepmann de Aeronáutica e Ingeniería Médica y director y presidente del Booth-Kresa Leadership del Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) de Caltech, donde los investigadores colaboran en avanzar la investigación de drones, la exploración autónoma y los sistemas bioinspirados.

Todas las aeronaves deben lidiar con fuerzas complicadas cerca del suelo. 

En el caso de los helicópteros, cuando se aproximan para aterrizar, sus propulsores empujan mucho aire hacia abajo. Aquí, la sustentación y el empuje son suministrados por los rotores giratorios. Cuando el flujo de aire golpea el suelo, parte de él circula de nuevo hacia arriba. Por lo tanto, si el helicóptero desciende demasiado rápido, puede ser succionado por este vórtice de aire y perder su sustentación.

En el caso de ATMO, las cosas se vuelven aún más complicadas porque debe enfrentar fuerzas cercanas al suelo mientras tiene cuatro chorros que cambian continuamente la medida en que se disparan entre sí. Esto crea más turbulencia y, a su vez, inestabilidad.

Para obtener una mejor comprensión de la fuerza aerodinámica, los ingenieros realizaron experimentos en el laboratorio de drones de CAST.

Para investigar cómo la alteración de la configuración del robot durante el aterrizaje afecta su fuerza de empuje, el equipo realizó experimentos con celdas de carga, que implican medir la fuerza aplicada a un objeto usando una celda de carga, un dispositivo que convierte la fuerza mecánica en una señal eléctrica.

Los investigadores también realizaron experimentos de visualización con humo, que se usan para hacer visibles los patrones de flujo de aire, para descubrir la situación subyacente que conduce a estos cambios en la dinámica.

Una vez recopilados, los conocimientos fueron incorporados al algoritmo detrás del nuevo sistema de control que los investigadores crearon para ATOM.

Este sistema utiliza una técnica de control avanzada llamada control predictivo basado en modelo, que predice constantemente cómo se comportará el sistema en el futuro cercano y luego ajusta sus acciones para mantenerse en la trayectoria.

Según Mandralis:

“El algoritmo de control es la mayor innovación en este artículo. Los cuadricópteros usan controladores específicos debido a la ubicación de sus propulsores y a cómo vuelan. Aquí introducimos un sistema dinámico que no se ha estudiado antes. En cuanto el robot comienza a morfarse, aparecen diferentes acoplamientos dinámicos — fuerzas distintas interactuando entre sí. Y el sistema de control debe ser capaz de responder rápidamente a todo eso.”

Probando ATMO: Cómo los Ingenieros Validaron la Transformación en el Aire

El ATMO de los ingenieros de Caltech ha logrado tanto conducir como volar usando los apéndices de doble propósito mediante el cambio de forma. Pero lo que diferencia a ATMO de otros tipos de robots es el ‘mecanismo de actuador de inclinación auto-bloqueante’ que permite la transformación en el aire con un diseño más simple, menor costo y requisitos mínimos de actuación.

Cuando está en modo de vuelo, el robot está configurado como un cuadricóptero estándar y usa sus accesorios de rueda-propulsor para la propulsión. En modo de conducción, esos mismos apéndices se reutilizan para la locomoción con ruedas. 

El robot compacto resultante tiene un peso total de 5.5 kg, que también incluye la batería. En cuanto a sus dimensiones, el robot mide 33 cm de alto y 30 cm de ancho en configuración terrestre y 16 cm de alto y 65 cm de ancho en configuración aérea.

Para la conducción, ATMO usa dos sistemas de correa y polea ubicados a cada lado, que son operados por motores de conducción, permitiendo la dirección diferencial.

Además de contar con una computadora a bordo que ejecuta un controlador personalizado, el robot también está equipado con sensores a bordo para la estimación y fusión del estado. Toda la comunicación se realiza a través del software avanzado ROS2. 

Para validar el sistema, el controlador se aplicó a un aterrizaje dinámico con ruedas en el área de vuelo de CAST usando un sistema de captura de movimiento para habilitar la estimación del estado.

En este experimento, el controlador se utilizó para seguir una trayectoria de referencia en el espacio que comprendía un descenso con algo de movimiento hacia adelante mientras se inclinaban los propulsores de rueda, aterrizando sobre las ruedas y luego conduciendo hacia adelante.

El esquema de control basado en modelo se desarrolló para cubrir todo el paquete operativo de vuelo, conducción y transición. Para abordar el problema de saturación del actuador que ocurre cuando el robot inclina sus propulsores para aterrizar sobre ruedas, el equipo “utilizó una descomposición de la función objetivo de control en una combinación convexa de funciones objetivo especializadas para cada modo de locomoción.”

Esto proporcionó un marco flexible para controlar los sistemas durante la transición de tierra a aire.

El controlador desarrollado permitió aterrizajes con ángulos de inclinación más allá de los límites de saturación del actuador. Esto permite que el nuevo robot supere terrenos irregulares. 

Con un ángulo final de inclinación al aterrizar de 65°, el robot demostró que puede aterrizar con éxito en un ángulo de inclinación que supera el ángulo crítico. Esto, según el estudio, se logra gracias al cambio en la función de costo durante la fase de transición, y como resultado, ATMO puede seguir inclinando sus propulsores de rueda mientras mantiene la actitud deseada. 

Para validar el método de control, el equipo realizó un despegue de conducción, que fue seguido por un aterrizaje dinámico con ruedas.

También mostraron un caso de uso importante de la transformación en el aire, una maniobra inversa que consiste en un despegue rápido junto con movimiento de conducción hacia adelante, además de aterrizar en una pendiente.

En el experimento, ATMO pudo aterrizar suavemente en una pendiente de altura y posición conocidas, lo que puede ser peligroso debido al riesgo de volcar, y puede evitarse transformándose antes del aterrizaje y continuando la conducción. 

En general, validar experimentalmente el funcionamiento y viabilidad de estos robots muestra que “usar la transformación robótica en el aire puede resultar en maniobras de transición dinámicas tierra‑aire que mejoran la agilidad del robot y amplían el rango operativo – allanando el camino para una mayor autonomía en futuras misiones robóticas móviles,” señaló el estudio.

Aunque el equipo ha demostrado con éxito maniobras de transición dinámicas, las condiciones aquí fueron controladas para facilitar un desarrollo rápido. Por ejemplo, se utilizó un sistema de cámara de captura de movimiento para estimar de manera precisa y rápida la posición y orientación del sistema robótico, superando lo que pueden lograr los sensores a bordo existentes.

Por lo tanto, se necesita una mayor investigación para determinar cómo funcionan estas maniobras en el mundo real, donde los robots deben enfrentar terrenos más complejos y no estructurados y tomar decisiones basadas en información parcial de sensores, que está sujeta a ruido.

 Invertir en Robótica: Por Qué Amazon (AMZN) Destaca

Cuando se trata de un nombre prominente en la industria de la robótica, el gigante del comercio electrónico Amazon (AMZN ) ha estado haciendo muchos avances aquí. Para liderar la robótica, Amazon adquirió primero Kiva Systems en 2012 por $775 millones, que luego se renombró a Amazon Robotics LLC. La compañía luego presentó su primer robot móvil autónomo (AMR) llamado Proteus en 2022.

Amazon (AMZN ) 

A partir de mayo de 2025, Amazon informa que tiene más de 750,000 robots desplegados en sus operaciones que clasifican, levantan y transportan paquetes. 

“Años de innovación nos han permitido construir, probar y escalar esta suite única y altamente integrada de sistemas robóticos que trabajan para apoyar a los empleados en el cumplimiento de los pedidos de los clientes.”

– Scott Dresser, Vicepresidente de Amazon Robotics

Según él, los avances en IA han permitido su integración sin problemas, lo que impulsa una mejora de productividad estimada del 25% en sus centros de cumplimiento.

Hay un total de nueve robots. Esto incluye a Proteus, el robot móvil autónomo propietario de Amazon diseñado para trabajar alrededor de personas usando sensores y una combinación de sistemas basados en IA y aprendizaje automático. 

Robin es un brazo robótico responsable de clasificar paquetes y ha completado con éxito más de tres mil millones de movimientos de paquetes. Otro brazo robótico es Cardinal, que coloca paquetes en carritos. Sparrow también es un brazo robótico que recoge y mueve artículos individuales.

Sequoia utiliza robótica, IA y sistemas de visión por computadora para consolidar inventario. Hércules encuentra y lleva pods de artículos a los empleados, y Titan también tiene la misma tarea, pero con la capacidad de levantar el doble que Hércules. Luego está Vulcán, que es el primer robot de Amazon con sentido del tacto que trabaja junto a los empleados. 

Además, se utilizan una variedad de sistemas de innovación en empaquetado para empacar los pedidos de los clientes, con una máquina de Automatización de Empaquetado utilizada para crear bolsas de papel a medida.

Amazon ahora cuenta con una capitalización de mercado de $2.18 billones, con sus acciones cotizando a $205.8 al momento de escribir, una caída del 6.24% en lo que va del año. Tiene un EPS (TTM) de 6.13, un P/E (TTM) de 33.55 y un ROE (TTM) de 25.24%.

En cuanto a finanzas, Amazon reportó ventas netas de $155.7 mil millones en el primer trimestre que terminó el 31 de marzo de 2025. Las ventas aumentaron un 8% interanual en Norteamérica a $92.9 mil millones y un 5% interanual internacionalmente a $33.5 mil millones.

Para este período, Amazon informó un ingreso operativo de $18.4 mil millones, un ingreso neto de $17.1 mil millones o $1.59 por acción diluida, y un flujo de efectivo operativo de $113.9 mil millones. El flujo de caja libre de la compañía disminuyó a $25.9 mil millones.

“Estamos satisfechos con el comienzo de 2025, especialmente con nuestro ritmo de innovación y progreso en la mejora continua de la experiencia del cliente,” dijo el CEO Andy Jassy, quien señaló que la próxima generación de Alexa (Alexa+) se está volviendo “significativamente más inteligente” y más capaz, los nuevos chips Trainium2 y la expansión del modelo Bedrock facilitan a los clientes de AWS entrenar modelos y ejecutar inferencias de manera rentable, y los primeros satélites del Proyecto Kuiper se lanzaron con éxito a órbita baja terrestre para proporcionar acceso masivo a banda ancha.

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Últimas Noticias y Desarrollos de la Acción de Amazon (AMZN)

Conclusión: Por Qué ATMO Marca una Nueva Era en la Robótica

El mundo de la robótica está aprovechando la ingeniería bioinspirada, la transformación en el aire y los sistemas de control inteligentes para diseñar robots tierra‑aire que han sido desafiantes debido a las mayores demandas de actuación, lo que puede añadir peso y reducir la eficiencia de su locomoción.

Los ingenieros de Caltech han logrado esto mediante ATMO, un robot que se transforma cerca del suelo con una transición suave entre los modos aéreo y terrestre al aprovechar la aerodinámica cercana al suelo y estabilizar el sistema usando un controlador predictivo basado en modelo.

ATMO representa un paso clave para cerrar la brecha entre la movilidad aérea y terrestre, lo cual se valida mediante numerosas demostraciones experimentales. Con sus capacidades de transformación en el mundo real, el robot muestra un enorme potencial para redefinir las operaciones autónomas en diversas industrias y allanar el camino hacia máquinas más ágiles, resilientes y adaptables!

Haga clic aquí para aprender cómo los robots pueden inspirarse en la naturaleza.

Estudios Referenciados:

^{1. Sun, J., Lerner, E., Tighe, B., Middlemist, C., & Zhao, J. (2023). Embedded shape morphing for morphologically adaptive robots. Nature Communications, 14(1), 6023. https://doi.org/10.1038/s41467-023-41708-6}