Teatro Robótico - Ingeniería de Sistemas | Pontificia Universidad

Teatro Robótico
Resumen. Desde la creación de robots, el ser humano ha buscado integrarlos a las
acciones cotidianas, usualmente para apoyar y facilitar tareas humanas.
Recientemente se han creado mecanismos de interacción en los robots que
despiertan afecto o interés en los seres humanos, creando la inquietud de la
capacidad de revolucionar el arte desde la robótica. Esto lleva a pensar en la
inclusión de robots como parte activa en los temas artísticos, cambiando la
concepción del arte como algo propio de un ser humano. En el presente artículo, se
presentan los retos y diferentes perspectivas que se han presentado en las ultimas
décadas, desde la robótica, frente a una rama del arte especifica como la es, el teatro.
Palabras clave. Teatro Robótico, Cooperación, Autonomía, Sistemas Multi-robots,
Sistemas Multi-agentes, Interacción Hombre-Robot.
1. Introducción
En la actualidad, los avances realizados en robótica y en sistemas de interacción hombremaquina han generado empatía en la sociedad y un creciente interés en la comunidad
científica en la aplicación de robots a las artes. Las artes como disciplina, presentan
grandes retos para la computación, por la fuerte vinculación de esta disciplina con las
emociones y la interacción social. Una división de las artes que se ha trabajado mas desde
el área de la robótica, son las artes escénicas, debido a que permiten incluir retos de otras
divisiones de las artes como música y baile. Además, las artes escénicas y el teatro
presentan retos más amplios en cuanto a cooperación no solo humano-robot, sino además
interacción robot-robot.
A continuación se abordara un poco de la historia de la aplicación de la robótica a el arte,
después se realiza una caracterización del estado del arte en el contexto especifico del
teatro, realizando énfasis en los diferentes retos investigativos abordados, y por otro lado
se caracteriza el contexto de los sistemas multi-robot, abordado principalmente desde los
sistemas multi-agentes, en los que se resaltan investigaciones guiadas a características
como autonomía y cooperación. Por ultimo, se evalúa el impacto social de las
investigaciones en teatro robótico y se realizan unas conclusiones.
2. Historia
La robótica contemporánea aplicada a las artes adquiere una notoria importancia en la
década de los 60s y 70s, cuando las practicas e instituciones artísticas pasaban por una
revolución, de la mano de una joven polaca llamada Jasia Reichardt [36]. Ella se embarco
en un proyecto ambicioso en el instituto de arte contemporáneo de Londres. Este proyecto
exploraba el rol de la computación (En ese entonces muy joven aun) en las artes, las
cuales incluyen música, poesía, baile, películas, etc. Este proyecto tomo el nombre de
“Cybernetic Serendipity: The Computer and the Art” [36] y consistía en enfrentar la sociedad
a los cambios provocados por las tecnologías emergentes de la época y al mismo tiempo
imaginar las diversas formas en que el arte podía verse influenciado por esas tecnologías.
A pesar de la popularidad del proyecto, este no fue aceptado del todo y acabo recibiendo
algunas criticas de personas involucradas con el arte [27].
Sin embargo, Reitchardt, motivada por su interés por la interacción del arte y la ciencia,
continúo con sus investigaciones llegando a investigar sobre la robótica y las artes. Esto
llevo a una de las publicaciones mas importantes en lo que referido a robótica y artes
llamada “Robots: Fact, fiction and Prediction” [31]. Este libro recopilo estudios y
trabajos realizados sobre este campo especifico y discute temas como las capacidades de
los robots, la interacción humano-robots y los dilemas éticos y morales presentes en la
aplicación de robots a las artes.
3. Teatro Robótico
El teatro robótico sigue la larga tradición del teatro, es decir, realizar eventos que son
conocidos como una forma efectiva para llegar al público con el objetivo de compartir o
comunicar algo específico o simplemente para evocar diversas emociones en el público
con el fin de entretener. Existen en la actualidad, grandes avances en las diversas formas
de desarrollar sistemas con múltiples robots que permitan llevar a cabo una puesta en
escena o una obra teatral. Estos avances se ven enfocados a diferentes tipos de áreas de
conocimiento, como por ejemplo, los avances realizados en interacción hombre-robot, la
representación y comunicación de emociones, los sistemas de adquisición como por
ejemplo sistemas de visión artificial, así como investigación en sistemas de
reconocimiento de voz y los mecanismos de interacción y cooperación entre robots, entre
otros.
El contexto teatral, involucrado con robots se remonta a la antigua china, mucho atrás de
la historia contemporánea reciente, donde se creaban dispositivos para realizar mímica,
representaciones del mundo, tocar música y dar entretenimiento [31]. El termino robot fue
introducido en 1922 por Karel Pakek [37], mientras que mas tarde, Isaac Asimov,
introdujo el termino robótica. En las últimas décadas se ha hecho increíblemente
accesible este tipo de tecnología, por lo que es cada vez más común encontrar robots en
un escenario.
La gran popularidad del teatro robótico, es evidenciado en el artículo "Actor robots take
japanese stage" de la BBC, donde muestra la popularidad de la incursión de los robots a
obras teatrales, presentando puestas en escena como la que se muestra en la Ilustracion 1,
que es una obra teatral denominada “I worker”. Aunque existen múltiples puestas en
escena como la mencionada, solo las que tienen un componente investigativo fuerte serán
mencionadas en el presente artculo.
Ilustración 1: Obra “I Worker”
Uno de los grandes problemas que posee el contexto teatral es poder describir de manera
correcta todo lo involucrado en una obra, con el fin de compactarlo en un rol que pueda
llevar a cabo el robot y ser percibido como un actor por las personas. David V Lu, hace
referencia a este problema, mencionando el hecho de que el desempeño de un robot en el
escenario puede ser visto mas o menos parecido al humano [14], dependiendo de que tan
bien maneje las interacciones presentes en una escena y que tanta capacidad de tomar
decisiones posee el robot [32]. Con el fin de proponer una ontología que permita clasificar
los robots según estas características David Lu propone una división por categorías como
se muestra en la Ilustración 2.
Ilustración 2: Clasificación de robots en teatro [32]
En esta ontología se puede observar diferentes rangos en los que puede ser percibido un
robot en el contexto teatral. El nivel de “autonomía” de un actor robot nos permite
diferenciar entre la complejidad de los algoritmos necesarios para ejecutar el robot. Nos
permite decidir quién es en realidad la actuación. Por un lado, existen sistemas en los que
todas las acciones del robot son directamente producido por el hombre, ya sea a través de
la teleoperación del robot, especificar exactamente cómo el robot debe moverse en el
código (es decir, codificando las propuestas de resolución), o usando el rendimiento de un
ser humano[32]. Para generar directamente el rendimiento del robot. En el otro lado del
espectro, hay sistemas algorítmicos que generan su comportamiento a través de cálculo
sin intervención humana explícita. Por último, existe el espacio entre los sistemas
híbridos, que tienen un comportamiento parcialmente especificado por la humana, que
puede ser modificado por un algoritmo para lograr un comportamiento adicional, o
viceversa, con lo humano sobre algunos de montar a algorítmicamente comportamiento
especificado.
Por otro lado el nivel de control, es la capacidad de es una conciencia constante de lo que
otros están haciendo en la escena a su alrededor y ser capaz de ajustar su propio
desempeño a un mejor acoplamiento con ellos [32]. David Lu propone tres niveles de
control, primero un nivel bajo que se refiere a que un robot realiza lo mismo con la misma
obra, en el segundo nivel de control el robot posee un mecanismo de retroalimentación
que de alguna manera cambia el desempeño de su actuación y el tercer nivel describe un
comportamiento “libre” en donde el robot es totalmente reactivo a todas las interacciones
de una obra.
Basado en esta clasificación, a continuación se presentan y analizan los trabajos mas
destacados en el ámbito teatral con robots, estos trabajos usualmente se concentran en
algún tipo de reto investigativo, por lo tanto para efectos prácticos, el análisis se encuentra
dividido en varias categorías.
3.1. HRI (Interacción Humano-Robot)
La interacción humano-robot (HRI) es un problema difícil. La determinación de un
comportamiento socialmente aceptable y apropiado es difícil, incluso para los seres
humanos, quienes, a pesar de toda una vida de experiencia, todavía están propensos a
cometer errores [13]. Explicar, formalizar y traducir las normas que rigen el
comportamiento social en el código de control para un robot es una tarea de enormes
proporciones [14]. David Lu, hace referencia a la capacidad del teatro como modelo
para la Interacción Humano-Robot y plantea un modelo explicito, que hace referencia
a que el modelo puede restringir la actuación de un robot para que se acomode a las
necesidades de la situación. Por ejemplo, el movimiento del actor se puede restringir
para sólo los movimientos que los robots concretos pueden realizar [14]. Una
aproximación parecida a esta es usar el contexto teatral como una herramienta de
prueba para el problema de interacción ya que permite reducir el contexto de una
interacción real, la cual presenta muchas variantes [30]. Estos trabajos presentan el
contexto teatral como un campo abierto para la realización y prueba de Interacción
Humano-Robot, sin embargo existen investigaciones de HRI realizadas directamente
sobre el contexto teatral.
Es el caso de un sistema de control hibrido con títeres robots utilizado en una
producción teatral que implica un robot y dos actores humanos en el escenario. A
partir de la interacción humano-robot se desarrolla una interfaz híbrida de control del
títere que combina reactivos gestos expresivos y comportamientos paramétricos con
un módulo de ojo en el punto de vista de contactos. El diseño del sistema se centra en
dos aspectos fundamentales: permitir que un solo operador titiritero gama completa
del robot de comportamientos, y que permitan el remplazar gradualmente los
derechos humanos controlados por módulos subsistemas autónomos [2].
De igual manera Murphy, es un ejemplo de una fusión inteligente de arte teatral y
práctica de investigación robótica para HRI, la presentación de la obra “A
Midsummer Night’s Dream”, con robots como algunas de las hadas, y al mismo
tiempo explorar qué acciones pueden crear credibilidad en el escenario [3].
Ilustración 3: A Midsummer Night’s Dream [3]
Un ambiente diverso es explorado en la puesta en escena creada por el IbnSina
Interactive Theater, donde se realiza una obra con actores virtuales, robots y
humanos, que interactúan por medio de un ambiente virtual pseudo3d [26]. Algo
interesante de este proyecto es que explora el concepto de autonomía desde la
teleoperación, hasta la toma de decisiones desde la algoritmia.
Últimamente los personajes animatrónicos, han recobrado importancia en el campo
investigativo, donde la inclusión teatro interactivo robot representa un escenario de
prueba interesante para explorar preguntas de investigación en el desarrollo de robots
sociables que interactúan de una manera natural y apropiado socialmente con los
humanos [15].
La opera “Death and the Powers”, explora la relación de los humanos con la
stecnología y aunque sus robots son completamente teleoperados a permitido la
realización de estudios del comportamiento de los humanos respecto a una
tecnología, y en general de interacción entre el hombre y los robot [1].
Ilustración 4: Death and the Powers [1]
Una aproximación más orientada a la interacción con el público es MARIOBOT, el
cual es un robot marioneta que realiza una representación pasiva, sin embargo
mantiene al público enfocado en la representación con una constante interacción y
comunicación con este [16].
Ilustración 5: MARIOBOT [16]
Un proyecto mas interesante es un teatro de robots humanoides interactivos, Hahoe
KAIST Robot Theatre. Estos robots vienen equipados con visión, reconocimiento de
voz, síntesis de voz y el diálogo en lenguaje natural basada en las capacidades de
aprendizaje de máquinas. Las necesidades de este tipo de proyecto resultado de varias
preguntas de investigación, especialmente en computación emocional y la generación
de gesto, pero el proyecto tiene también artístico educativo, y los valores de
entretenimiento. Se trata de un banco de pruebas para verificar e integrar varios
algoritmos en el dominio de la Inteligencia Computacional. Máquina de métodos de
aprendizaje basados en la lógica de múltiples valores se utilizan para la
representación del conocimiento y de aprendizaje automático a partir de ejemplos
[12]. Este proyecto, a comparación de los otros, tiene más nociones de autonomía,
basado en la ontología de David, además describe de manera más técnica el proceso
que se lleva a cabo para desarrollar el proyecto.
3.2. Representación de emociones
El problema de la representación emocional es inherente al teatro como arte,
específicamente la emoción gestual y corporal es la mas difícil de interpretar como lo
describe Callery, es necesario la preparación de todo el cuerpo para poder transmitir
algún tipo de emoción en una representación teatral [4]. De esta misma forma los
robots en el contexto teatral deben ponerse a prueba en la representación y
reconocimiento de emociones, en muchos casos limitados por la arquitectura del
robot físico.
En Boston, el profesor Mattew Gray investiga sobre la expresión de emociones de
cuerpo completo con un robot NAO por medio de un aprendizaje asistido [7].
Ilustración 6: Acting Lessons with NAO
Otro campo importante es el diseño de androides especiales para representar
emociones, un ejemplo de esto es el diseño de una cabeza androide para
representación teatral, este androide es llamado EveR-3, y posee una estructura que se
asemeja mucho a un humano normal [11].
Ilustración 7: Diseño EveR-3 [11]
Uno de los trabajos mas interesantes en el desarrollo y aplicación de robots para
teatro al igual que EveR-3, es la aparición del robot actor original, denominado
RoboThespian, un humanoide de cuerpo completo que permite la representación de
emociones tanto faciales como de cuerpo completo y una comunicación activa y
efectiva con personas [5].
Ilustración 8: RoboThespian [5]
Estos trabajos son especialmente dirigidos y aplicados al contexto teatral, por lo que
tiene en consideración no solo la característica emocional, sino también de control y
autonomía.
3.3. Control de comportamiento
El control de comportamiento, se refiere a la algoritmia que permite tomar decisiones
para expresarlas por medio de un robot actor. En algunos casos se trabaja varias
ramas del control de comportamiento como control de trayectoria, este es el caso de
un proyecto desarrollado por la universidad de piareus para trazar trayectorias con
realidad aumentada de forma que se pueda enlazar varios objetos multimedia durante
la trayectoria del robot [9][10]. De la misma forma existe un control de trayectoria
para cuadroptero [22], que aunque no es directamente aplicado en teatro, los
cuadropteros son muy utilizados en puestas en escena.
Como se puede observar la mayoría de investigaciones, aun cuando tratan el
problema de control de comportamiento, el centro de atención es la interacción
hombre-robot.

Teatro
En general, si analizamos los proyectos mencionados anteriormente sobre el contexto
teatral, cuando se involucran dos o más robots, obligatoriamente se tiene que trabajar
en aspectos fundamentales de la cooperación como la coordinación y la
comunicación.
En el articulo “The Realization of Robot Theater” [28], se tiene un informe de varios
proyectos de investigación que integrados conforman un teatro con diversos matices
y recopila conceptos y técnicas aplicadas a la robótica en el contexto del teatro.
Algunas de las características artísticas vinculadas a este teatro, además de las
acciones teatrales regulares de diálogos y movimientos, son: la interpretación musical
y la generación de dibujos.
La realización del teatro robótico, es conformado por múltiples robots, entre los que
están dos humanoides y dos robots con ruedas auto-balanceados. Este articulo la
amplitud del teatro robótico en cuanto a cooperación multi-robot, mostrando claros
ejemplos de acciones coordinadas en tiempo y en espacio. Por ultimo, el artículo
denota problemas en cuanto a comunicación, pero estos aspectos son en su mayoría
de hardware [28].
Ilustración 9: Humanoides Janet y Tomas [28]
3.4. Herramientas, Metodologías y Arquitecturas.
En esta sección, se analizara herramientas, metodologías y técnicas que puedan ser
aplicadas a sistemas multi-robot, teniendo en cuenta las características inherentes al
contexto teatral.

Herramientas
Entre las herramientas más utilizadas para sistemas multi-robots, se encuentran los
framework principales de agentes de entre los cuales se destacan:
JADE, el cual es el middleware desarrollado por TILAB para el desarrollo de
aplicaciones multiagentes distribuidas basadas en la arquitectura de comunicaciones
peer-to-peer [20]. BESA, al igual que JADE, es un middleware para el desarrollo de
sistemas multiagentes distribuidos, con la particularidad que es orientado a
comportamiento y basado en eventos, desarrollado en la Pontificia Universidad
Javeriana [35].
Estos frameworks permiten un manejo de concurrencia transparente y una abstracción
de agentes de alto nivel, beneficiando la aplicación a sistemas robóticos sencillos.

Metodologías y arquitecturas
La arquitectura ALLIANCE, desarrollada por Parker con el fin de estudiar la
cooperación en robots heterogéneos, pequeños y medianos, en gran parte
independiente y débilmente acoplado. Los robots son capaces de asumir, con cierta
probabilidad, sentir los efectos de sus propias acciones y las acciones de otros agentes
a través de la percepción y la comunicación explícita de difusión [38].
CEBOT (Celular Robotics System) es una arquitectura descentralizada, jerárquica
inspirada en la organización celular de entidades biológicas. El sistema se puede
reconfigurar dinámicamente en el funcionamiento básico autónomo de "Células"
(robots), que pueden ser físicamente acoplados a otras células, para lograr un
"óptimo" de configuración en respuesta a los cambios del entorno.
AOPOA es una metodología de diseño de agentes que permite una aproximación
organizacional apoyada en herramientas como BESA. Esta metodologías es basada
en roles y basada en objetivos [35].
Estas metodologías presentan un complemento perfecto en cuanto a definición de
autonomía para los agentes físicos y la flexibilidad en cuanto a los mecanismos de
cooperación. La gran diferencia radica en el tipo de aproximación que se realiza con
estas arquitecturas, ya que algunas no permiten definición muy robusta de acciones, o
flexibilidad en comunicación.
4. Contexto Social
Investigaciones en HRI, demuestran la gran empatía que se tiene hacia los robots sin
embargo, existe una investigación donde se muestra que hay un punto en que los humanos
sienten repulsión a los robots que tienen una similitud muy alta a los humanos. Esto se
debe a que a mayor sea la similitud de un robot a un humano, los humanos empiezan a
buscar diferencias entre ellos y el robot [40].
Ilustración 10: Uncanney Valley [40]
Cuando los robots interactuar con los humanos surgen 3 problemas: articulación, los
robots tienen limitaciones en los movimientos que pueden realizar y por tanto pueden
resultar no naturales para los humanos. Intencionalidad, las intenciones de los robots no
son siempre claras, ya que por la simplicidad de ciertas plataformas es imposible predecir
que es lo que intenta realizar el robot.
En la interpretación de las acciones de los humanos, un ejemplo interesante de uso de
robots en interacción educativa con niños es el trabajo, en el cual se pretende mostrar a los
niños entre 8 a 12 años el efecto del matoneo [14]. El ambiente virtual creado consiste en
eventos en donde los caracteres virtuales les piden consejos a los niños, con el fin de
poder escapar del manoteo. Otro aspecto clave del HRI es la parte emocional, por ejemplo
en el trabajo de Beck [39], se estudia la generación de emociones a través de posturas,
con lo que se puede mejorar la aceptación que sienten las personas hacia los robots.
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