ROBOTICA

La Robótica es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia. Las ciencias y tecnologías de las que deriva podrían ser: el álgebra, los autómatas programables, las máquinas de estados, la mecánica o la informática.

De forma general, la Robótica se define como: El conjunto de conocimientos teóricos y prácticos que permiten concebir, realizar y automatizar sistemas basados en estructuras mecánicas poli articuladas, dotados de un determinado grado de "inteligencia" y destinados a la producción industrial o al sustitución del hombre en muy diversas tareas.

Un sistema Robótico se puede describirse, como "Aquel que es capaz de recibir información, de comprender su entorno a través del empleo de modelos, de formular y de ejecutar planes, y de controlar o supervisar su operación". La Robótica es esencialmente pluridisciplinaria y se apoya en gran medida en los progresos de la microelectrónica y de la informática, así como en los de nuevas disciplinas tales como el reconocimiento de patrones y de inteligencia artificial.

La historia de la Robótica ha estado unida a la construcción de "artefactos", muchas veces por obra de genios autodidactas que trataban de materializar el deseo humano de crear seres semejantes a nosotros que nos descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (que construyó el primer mando a distancia para su torpedo automóvil mediante telegrafía sin hilodrecista automático, el primer trasbordador aéreo y otros muchos ingenios) acuñó el término "automática" en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos.

Si algún autor ha influido sobre manera en la concepción del universo de los robots de ficción, éste ha sido sin duda alguna Isaac Asimos. Muchos otros, desde luego, han escrito sobre robots, pero ninguno ha relatado tan minuciosamente las actitudes y posibilidades de estas máquinas como lo ha hecho él.

Tanto es así, que el Oxford English Dictionary reconoce a Asimos como inventor de la palabra "robótica" y, aunque todos conocemos la facilidad de los anglófonos para inventar palabras nuevas, no por ello tiene mucho mérito.

Cuando tenía 22 años, Asimos escribió su cuarto relato corto sobre robots. El círculo vicioso. En boca de unos de sus personajes planteó lo que consideraba axiomas básicos para el funcionamiento de un robot. Los llamó las Tres reglas fundamental de la robótica y dicen así:

1. Ningún robot puede hacer daño a un ser humano, o permitir que se le haga daño por no actuar.
2. Un robot debe obedecer las órdenes dadas por un ser humano, excepto si éstas órdenes entran en conflicto con la primera ley
3. Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que está protección no sea incompatible con las leyes anteriores.

En definitiva, las famosas leyes de Asimos son aplicables a un universo donde los robots son seres inteligentes, pero quedan relegadas a una cartilla de parvulario al enfrentarse con la dura realidad. Pero esto son sólo anécdotas.

ROBOT

Dar una definición concreta de robot no es sencillo. Resulta tan complicado como intentar definir por ejemplo, la diversión o el aburrimiento; se conoce si algo es divertido o aburrido, pero es largo explicarlo con palabras.

Un Robot es un dispositivo generalmente mecánico, que desempeña tareas automáticamente, ya sea de acuerdo a supervisión humana directa, a través de un programa predefinido o siguiendo un conjunto de reglas generales, utilizando técnicas de inteligencia artificial. Generalmente estas tareas reemplazan, asemejan o extienden el trabajo humano, como ensamble en líneas de manufactura, manipulación de objetos pesados o peligrosos, trabajo en el espacio, etc.

Un Robot también se puede definir como una entidad hecha por el hombre con un cuerpo y una conexión de retroalimentación inteligente entre el sentido y la acción (no bajo la acción directa del control humano). Usualmente, la inteligencia es una computadora o un microcontrolador ejecutando un programa. Sin embargo, se ha avanzado mucho en el campo de los Robots con inteligencia alámbrica. Las acciones de este tipo de Robots son generalmente llevadas a cabo por motores o actuadores que mueven extremidades o impulsan al Robot.

La RIA (Robot Industries Association) lo define así: un robot es un manipulador reprogramable y multifuncional, diseñado para mover cargas, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variadas y programadas. En resumen se puede decir:

* Su característica fundamental es poder manejar objetos (o sea, manupulador). Un robot se diseña con este fin, teniendo en cuenta que ha de ser muy versátil a la hora de utilizar herramientas y manejarlas.

* La segunda pecularidad que a diferencia de otras máquinas automáticas es su capacidad para realizar trabajos completamente diferentes adaptándose al medio, e incluso pudiendo tomar decisiones. A eso es a lo que se refiere lo de multifuncional y reprogramable.

Los Web bots son conocidos como Robots, pero existen solamente en código, y se mueven a través de páginas Web obteniendo información. Tales entidades son normalmente llamadas agentes de software para ser distinguidos de un Robot que posee cuerpo.

Esta definición está muy abierta, ya que hasta una secadora de cabello satisface este criterio. Por lo tanto, los robotistas han extendido la definición añadiendo el criterio de que los Robots deben ser entidades que lleven a cabo más de una acción. Por lo tanto, las secadoras de cabello y entidades similares de una sola función son reducidas a una Control de problemas.

Así mismo, el término Robot ha sido utilizado como un término general que define a un hombre mecánico o autómata, que imita a un animal ya sea real o imaginario, pero se ha venido aplicado a muchas máquinas que reemplazan directamente a un humano o animal en el trabajo o el juego. Esta definición podría implicar que un Robot es una forma de biomimetismo.

MARCANDO DIFERECIA

Existe otra categoría de máquinas llamadas Autómatas Programables muy relacionadas con el mundo de los robots, pero que no pueden confundirse con ellos.

Un Autómata Programable es cualquier máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real un proceso. El autómata carece de inteligencia como tal y reacciona exactamente igual ante sucesos iguales.

Es frecuente que un autómata forme parte de un sistema robotizado, dedicándose a controlar las señales del proceso y dirigiendo las actuaciones del brazo manipulador. Estos robots son completamente mecánicos en sus acciones y, por supuesto, nada inteligentes.

CLASIFICACION DE LOS ROBOTS

Ningún autor se pone de acuerdo en cuántos y cuáles son los tipos de robots y sus características esenciales. La más común es la que continuación se presenta:

1ª Generación. Manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.

2ª Generación. Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos de movimientos que ha sido ejecutada previamene por un operador humano. El modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico. El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza.

3ª Generación. Robots con control sensorizado. El controlador es una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios.

4ª Generación. Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero además poseen sensores que envían información a la computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real.

CLASIFICACION DE LOS ROBOTS SEGUN SU ARQUITECTURA

La arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del Robot, puede se metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a través del cambio de su configuración por el propio Robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales (cambio de herramienta o de efecto terminal), hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales.

Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: Poliarticulados, Móviles, Androides, Zoomórficos e Híbridos.

Poliarticulados

Bajo este grupo están los Robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad". En este grupo se encuentran los manipuladores, los Robots industriales, los Robots cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el suelo.

 

Robot industrial

Moviles

Son Robots con grandes capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Las tortugas motorizadas diseñadas en los años cincuentas, fueron las precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de Stranford.

Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia.

Androides 
Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemática del ser humano. Actualmente los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación.

Uno de los aspectos más complejos de estos Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el equilibrio del Robot.

Zoomorficos 
Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos.

A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Cabe destacar, entre otros, los experimentados efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación. En cambio, los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numeroso y están siendo experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, piloteando o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.

Microbot con ruedas tipo tanque

Hibridos 
Estos Robots corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo tiempo uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos.

De igual forma pueden considerarse híbridos algunos Robots formados por la yuxtaposición de un cuerpo formado por un carro móvil y de un brazo semejante al de los Robots industriales.

En parecida situación se encuentran algunos Robots antropomorfos y que no pueden clasificarse ni como móviles ni como androides, tal es el caso de los Robots personales.

Las características con las que se clasifican principalmente

• Propósito o función
• Sistema de coordenadas empleado
• Número de grados de libertad del efecto formal
• Generación del sistema control.

Clasificación basada en su propósito o función:

a) Industriales

b) Personales/ Educativos

c) Militares--vehículos autónomos

Los elementos que constituyen un Robot industrial son:

1) Efectores finales Brazos manipuladores Controladores Sensores Fuentes de poder.

2) Clasificación de los Robots basados en las generaciones de sistemas de control.

La primera generación: El sistema de control usado en la primera generación de Robots esta basado en la "paradas fijas" mecánicamente. Esta estrategia es conocida como control de lazo abierto o control "bang bang". Podemos considerar como ejemplo esta primera etapa aquellos mecanismos de relojería que permiten mover a las cajas musicales o a los juguetes de cuerda. Este tipo de control es muy similar al ciclo de control que tienen algunos lavadores de ciclo fijo y son equivalentes en principio al autómata escribiente de HM Son útiles para las aplicaciones industriales de tomar y colocar pero están limitados a un número pequeño de movimientos.

La segunda generación: utiliza una estructura de control de ciclo abierto, pero en lugar de utilizar interruptores y botones mecánicos utiliza una secuencia numérica de control de movimientos almacenados en un disco o cinta magnética. El programa de control entra mediante la elección de secuencias de movimiento en una caja de botones o a través de palancas de control con los que se "camina", la secuencia deseada de movimientos. El mayor número de aplicaciones en los que se utilizan los Robots de esta generación son de la industria automotriz, en soldadura, pintado con "spray". Este tipo de Robots constituyen la clase más grande de Robots industriales en EU., incluso algunos autores sugieren que cerca del 90 % de los Robots industriales en EU pertenecen a esta 2ª generación de control.

La tercera generación de Robots: utiliza las computadoras para su estrategia de control y tiene algún conocimiento del ambiente local a través del uso de sensores, los cuales miden el ambiente y modifican su estrategia de control, con esta generación se inicia la era de los Robots inteligentes y aparecen los lenguajes de programación para escribir los programas de control. La estrategia de control utilizada se denomina de "ciclo cerrado" 

La cuarta generación de Robots: ya los califica de inteligentes con más y mejores extensiones sensoriales, para comprender sus acciones y el mundo que los rodea. Incorpora un concepto de "modelo del mundo" de su propia conducta y del ambiente en el que operan.

Utilizan conocimiento difuso y procesamiento dirigido por expectativas que mejoran el desempeño del sistema de manera que la tarea de los sensores se extiende a la supervisión del ambiente global, registrando los efectos de sus acciones en un modelo del mundo y auxiliar en la determinación de tareas y metas. 

La quinta generación: actualmente está en desarrollo esta nueva generación de Robots, que pretende que el control emerja de la adecuada organización y distribución de módulos conductuales.

ROBOTS DE ULTMIA GENERACION

La empresa Sega Toys Ltd. anunció que presentará el 1 de abril un perro Robot, mucho más barato que el de Sony Corp. El Robot de Sega se llamará Poo-Chi y será menos complejo que el AIBO de Sony. Por otra parte, costará el equivalente a 28 dólares mientras que el precio del AIBO era de 2.500 dólares.

Poo-Chi tiene menos capacidad de aprendizaje y menos sensibilidad. Pero responde a la luz, al tacto y el sonido. Un visor colocado en el lugar en que estarían los ojos de un perro verdadero muestra formas diferentes para indicar "estados de ánimo". El "perrito" mide 17 centímetros y pesa 365 gramos, y es alimentado por baterías. Sega espera vender en un año en Japón un millón de unidades.

Como precedente, los 5.000 AIBO que fabricó Sony, a pesar de su precio, se vendieron en cuestión de días. Sony hizo 10.000 más y los vendió durante un "programa de adopción" de una semana en noviembre.

Actualmente contamos con Robots especializados en Televigilancia, Robot que muestran el camino (en museos grandes empresas, etc.) a invidentes y/o cualquier tipo de personas, también posemos una versión de Robot que lee la escritura.

Pero la empresa se dedica también al diseño a medida según las necesidades oportunas de los clientes (mascotas futuristas, por ejemplo juguetes, diseño de Puertas Inteligentes, etc.).

 

ETICA DE ROBOTS

La preocupación de que los Robots puedan desplazar o competir con los humanos es muy común. En su serie Yo, Robot, Isaac Asimov creó las Tres leyes de la Robótica (que más tarde fueron cuatro) en un intento literario por controlar la competencia entre Robots y humanos. Las leyes o reglas que pudieran o debieran ser aplicadas a los Robots u otros "entes autónomos" en cooperación o competencia con humanos han estimulado las investigaciones macroeconómicas de este tipo de competencia, notablemente construido por Alessandro Acquisti basándose en un trabajo anterior de John von Neumann.

Actualmente, no es posible aplicar las leyes de Asimov, dado que los Robots aun tienen una capacidad muy limitada para comprender su significado, evaluar las situaciones de riesgo tanto para los humanos como para ellos mismos o resolver los conflictos que se podrían dar entre leyes. 

 PROYECTO AUTOMATA ABIERTO

El propósito de este proyecto es desarrollar software modulare y componentes electrónicos, desde los cuales sea posible ensamblar un Robot móvil basado en una computadora personal que pueda ser utilizado en ambientes de casas u oficinas. Todo el código fuente es distribuido bajos los términos de la Licencia Pública General (GNU).

Los Robots son usados hoy en día para llevar a cabo tareas sucias, peligrosas, difíciles, repetitivas o embotadas para los humanos. Esto usualmente toma la forma de un Robot industrial usado en las líneas de producción.

Otras aplicaciones incluyen la limpieza de residuos tóxicos, exploración espacial, minería, búsqueda y rescate de personas y localización de minas terrestres. La manufactura continúa siendo el principal mercado donde los Robots son utilizados. En particular, Robots articulados (similares en capacidad de movimiento a un brazo humano) son los más usados comúnmente. Las aplicaciones incluyen soldado, pintado y carga de maquinaria.

La Industria automotriz ha tomado gran ventaja de esta nueva tecnología donde los Robots han sido programados para reemplazar el trabajo de los humanos en muchas tareas repetitivas. Existe una gran esperanza, especialmente en Japón, de que el cuidado del hogar para la población de edad avanzada pueda ser llevado a cabo por Robots.

Recientemente, se ha logrado un gran avance en los Robots dedicados a la medicina, con dos compañías en particular, Computer Motion e Intuitive Surgical, que han recibido la aprobación regulatoria en América del Norte, Europa y Asia para que sus Robots sean utilizados en procedimientos de cirugía invasiva mínima. La automatización de laboratorios también es un área en crecimiento. Aquí, los Robots son utilizados para transportar muestras biológicas o químicas entre instrumentos tales como incubadoras, manejadores de líquidos y lectores.

Otros lugares donde los Robots están reemplazando a los humanos son la exploración del fondo oceánico y exploración espacial. Para esas tareas, Robots de tipo artrópodo son generalmente utilizados. Mark W. Tilden del Laboratorio Nacional de los Álamos se especializa en Robots económicos de piernas dobladas pero no empalmadas, mientras que otros buscan crear la réplica de las piernas totalmente empalmadas de los cangrejos.

Robots alados experimentales y otros ejemplos que explotan el biomimetismo también están en fases previas. Se espera que los así llamados "nanomotores" y "cables inteligentes" simplifiquen drásticamente el poder de locomoción, mientras que la estabilización en vuelo parece haber sido mejorada substancialmente por giroscopios extremadamente pequeños. Un impulsor muy significante de este tipo de trabajo es el desarrollar equipos de espionaje militar.

También, la popularidad de series de televisión como "Robot Wars" y "Battlebots", de batallas estilo sumo entre Robots, el éxito de las Bomba Inteligente y UCAVs en los conflictos armados, los comedores de pasto "gastrobots" en Florida, y la creación de un Robot comedor de lingotes en Inglaterra, sugieren que el miedo a las formas de vía artificial haciendo daño, o la competencia con la vida salvaje, no es una ilusión.

Dean Kamen, fundador de FIRST, y de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), ha creado una Competencia Robótica multinacional que reúne a profesionales y jóvenes para resolver un problema de diseño de ingeniería de una manera competitiva. En 2003 contó a más de 20,000 estudiantes en más de 800 equipos en 24 competencias. Los equipos vienes de Canadá, Brasil, Reino Unido, y EEUU. A diferencia de las competencias de los Robots de lucha sumo que tienen lugar regularmente en algunos lugares, o las competencias de "Battlebots " transmitidas por televisión, estas competencias incluyen la creación de un Robot.

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