Fraunhofer IPA desarrolla análisis estandarizados para criterios relevantes de aplicación en robots humanoides

Se determina la emisión de partículas en un entorno de sala limpia mediante un tubo de medición. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Las pruebas y benchmarks están divididos en seis categorías. © Fraunhofer IPA

Las pruebas y benchmarks están divididos en seis categorías. © Fraunhofer IPA

Para estimar la fuerza en caso de colisión, el robot golpea un sensor de fuerza, como el que también se utiliza para la medición en cobots. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Se investiga la capacidad de autoestabilización mediante movimientos con diferentes trayectorias en una rampa. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Para poder utilizar un robot humanoide en aplicaciones industriales, deben cumplir con criterios relevantes para la aplicación. El Fraunhofer IPA ha desarrollado un benchmark para ello. Con ello, los fabricantes y usuarios finales pueden analizar de manera neutral aspectos como la eficiencia energética, aptitud para salas limpias, seguridad de datos y más.

El Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA ha desarrollado un benchmark integral para el análisis estandarizado de robots humanoides. De esta manera, los fabricantes y usuarios finales pueden evaluar por primera vez las capacidades reales, la seguridad y la idoneidad para su uso de estos robots de manera objetiva y neutral. La estructura modular del benchmark abarca seis criterios relevantes para la aplicación y se basa en estándares industriales reconocidos internacionalmente.

De la presencia mediática a una evaluación realista

Los robots humanoides están omnipresentes en los medios y fascinan por su forma similar a la humana. Sin embargo, entre la puesta en escena espectacular y las capacidades reales, existe una gran brecha. «Para los usuarios finales y también para los fabricantes, es esencial echar un vistazo tras la fachada, que a veces es construida por agencias de marketing», explica Simon Schmidt, director del área de sistemas automatizados en el Fraunhofer IPA. «El mercado es demasiado volátil y opaco para poder evaluar y valorar de manera fiable los humanoides para sus propias aplicaciones.»

¿Qué es el benchmark?

El benchmark es un servicio estandarizado en el que los equipos de investigación del Fraunhofer IPA llevan a cabo desafíos variados con robots humanoides y evalúan los resultados de manera científica. Los fundamentos para esto surgieron gracias a fondos del Ministerio de Economía, Trabajo y Turismo de Baden-Württemberg en el marco del Centro de Avances en IA «Sistemas de aprendizaje y robótica cognitiva».

La estructura modular del benchmark permite a fabricantes, usuarios finales y proveedores de software probar específicamente las áreas relevantes para su aplicación. Cuando es posible, el benchmarking se orienta a estándares industriales establecidos y reconocidos internacionalmente desde hace décadas, como por ejemplo ISO 14644 para aptitud para salas limpias o ISO 10218 e ISO TS 15066 para seguridad funcional.

El benchmark se divide en seis áreas principales:

1. Tecnologías y habilidades básicas: análisis de los sensores instalados, modelos de IA, tipos de agarre, así como pruebas de velocidad de movimiento, fuerzas de agarre y cargas manipulables. Se registran valores objetivos mediante sistemas de seguimiento en 3D y sensores de fuerza.

2. Capacidades complejas: evaluación de tareas genéricas realistas como subir escaleras, superar obstáculos, precisión en movimientos y fuerzas, así como velocidad de reacción. Las pruebas están diseñadas intencionadamente exigentes para hacer comparables también futuras generaciones de modelos.

3. Aptitud para salas limpias: evaluación de la liberación de partículas según ISO 14644-14, comportamiento en gases y facilidad de limpieza, aspectos cruciales para su uso en industrias de semiconductores, farmacéutica o alimentaria.

4. Seguridad funcional (Safety): fundamental para la colaboración humano-robot. Se evalúa la estabilidad en diferentes superficies, la limitación de fuerza en colisiones, detección de obstáculos y comportamiento del sistema ante fallos. Las pruebas de colisión se realizan con los mismos sensores de fuerza que los utilizados en robots industriales colaborativos.

5. Ciberseguridad (Security): cuatro módulos evalúan la gestión de vulnerabilidades, ciclo de vida seguro, seguridad en redes y resistencia a penetraciones, un factor crítico ante el aumento de requisitos legales.

6. Eficiencia energética: medición de la duración de la batería y consumo en diferentes escenarios (de pie, caminando, caminando en pendiente y con carga). Los resultados permiten planificar de manera realista el uso y optimizar los ciclos de carga.

Como ejemplo, el Fraunhofer IPA aplicó por primera vez el benchmark de manera integral con el Unitree G1. La base técnica fue un Unitree G1 EDU-4 entregado en mayo de 2025, equipado con Dex3-1 con manos de 3 dedos y versión de firmware 1.04.

Mientras que el robot mostró una buena autoestabilización y podría ser adecuado para salas limpias de clase ISO 5, también se observaron limitaciones evidentes. En colisiones, pueden generarse fuerzas superiores a 500 Newtons, muy por encima de los umbrales de dolor permitidos por la normativa. Además, los investigadores identificaron una vulnerabilidad crítica en la seguridad Bluetooth en la versión del software en ese momento, que permitía el control remoto completo por parte de atacantes. Esta vulnerabilidad ya fue corregida. En cuanto a la eficiencia energética, se registraron tiempos máximos de operación de 2 horas y 49 minutos con una carga de batería en modo de pie, y 1 hora y 49 minutos en un escenario típico que combina estar de pie y caminar.

Relevancia del benchmark para las empresas

«Los usuarios pueden interpretar directamente los resultados y así encontrar el humanoide adecuado para su aplicación», destaca Werner Kraus, jefe del área de investigación en el Fraunhofer IPA. El benchmark no solo permite comparar humanoides entre sí, sino también con componentes de automatización probados. Esto es especialmente importante porque:

– el cambio demográfico impulsa el uso de la automatización en áreas tradicionalmente manuales
– decisiones de inversión altas requieren bases de evaluación objetivas y fundamentadas
– se esperan normas de seguridad para humanoides solo en 2028 (ISO 25785-1)
– aumentan los requisitos regulatorios en ciberseguridad
– entornos de producción sensibles necesitan datos confiables para evitar contaminaciones

El benchmark ofrece transparencia en un mercado opaco y permite a las empresas desarrollar expectativas realistas y minimizar riesgos.

El Fraunhofer IPA planea probar más humanoides y crear una base de datos comparativa. Los fabricantes y usuarios finales pueden solicitar desde ya módulos individuales del benchmark hasta estudios completos, beneficiándose de la infraestructura y experiencia existentes.