La Robotica

      º¿Que es la robótica? 

Desde siempre, las personas han inventado mecanismos y desarrollado tecnologías que les permitieran traspasar los límites de sus capacidades. Asimismo, fantaseaban con la idea de jugar a ser Dios y crear seres a su imagen y semejanza. El enorme progreso en ingeniería, electrónica e informática lo está haciendo posible. Aquí, allá... en todas partes. Los robots están entre nosotros.

     º Origen de la palabra ´robot´ 

El término ´robot´ surge de una obra checoslovaca publicada en 1917 por Karel Kapek , denominada ´Rossum´s Universal Robots ´.La palabra checa ´robota´ significa servidumbre o trabajador forzado y, cuando se tradujo al inglés , se convirtió en el termino ´robot´ .Dicha narración se refiere a un brillante científico llamado Rossum y su hijo , quienes desarrollan una sustancia química que es similar al protoplasma .
Utiliza esta sustancia para fabricar robots , y sus planes consisten en que estos sirvan a los humanos de forma obediente para realizar todos los trabajos físicos . 

                                                                   º Uso de la robótica 

Robot en el espacio

El robótica , este término deriva de la palabra ´robot ´ . La robótica es, por lo tanto , la ciencia o rama de la ciencia que se ocupa del estudio , desarrollo y aplicaciones de los robots. ¿Y que son los robot ? Básicamente se trata de dispositivos compuestos por sensores que reciben datos de entrada procedentes de una computadora que les ordena que efectúe una determinada acción. Puede ser que los propios robots dispongan de microprocesadores que reciban el dato de los sensores y que estos microprocesadores ordenen al robot la ejecución de las acciones para las cuales para las cuales está concebido .En este último caso,el propio robot es, a su vez , una computadora . Los últimos avances tecnológicos y científicos no han permitido todavía construir un robot realmente inteligente ,aunque existen esperanzas de que esto sea posible algun dia..Hoy por hoy, una de las finalidades de la construcción de robots es su intervención en los procesos de producción .Ese tipo de maquinas son las encargadas de realizar trabajos repetitivos en las cadenas de proceso de fabricación , como por ejemplo:pintar al spray, moldear a inyección , soldar carrocerías de automóvil,trasladar materiales,etc. 

                º ¿Evolución científica o control social?

En la actualidad, las opiniones están encontradas y el espectro es muy amplio: desde las sociedades consumistas, adictas al uso de artefactos que parecieran cumplir infinitas funciones, hasta la tendencia a volver a las viejas costumbres, como promueven los impulsores de la vida lenta o slow-life. La situación es compleja: por un lado, tenemos la sensación de que la evolución tecnológica cumplirá todos nuestros deseos; por el otro, nos produce sentimientos de control social o de dependencia absoluta, algo por completo ajeno al deseo humano.

La robótica juega un papel central dentro del campo de las investigaciones científicas. Sus objetivos actuales son obtener prototipos que nos asistan, alivien nuestras labores y nos brinden una agradable compañía. Hasta acá, el desarrollo de estos experimentos parecería propiciar el bienestar social.

No obstante, el vertiginoso avance de la ciencia y la tecnología obliga a cuestionarse los límites de los resultados alcanzados. Aunque no se pueda establecer con certeza qué curso se dará a los alcances de la investigación, cabe preguntarse: ¿hasta qué punto será útil que los robots desempeñen las tareas de los humanos? ¿En qué momento este soporte se transforma en la anulación de las personas y sus funciones básicas? ¿De qué manera se podrían encauzar las actividades científicas para garantizar el bienestar de las personas y evitar el control de sus actos?

                                               

La robótica y la ciencia ficción 

º º La robótica y la ciencia ficción 

Entre los escritores de ciencia ficción , Isacc Asimov fue el que más contribuyó con narraciones relativas a robots. A él se le atribuyó la primera aplicación del término ´robótica´. La imagen de robot que aparece en su obra es el de una máquina bien diseñada y con una seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios : 
.No puede actuar contra un ser humano o permitir , mediante su inacción , que un ser humano sufra daños. 
.Debe obedecer las ordenes dadas por los seres humanos , salvo que estén en conflictos con la primer a ley. 
.Debe proteger su propia existencia , excepto que ese resguardo esté en conflicto con las dos primeras leyes. 
Estos principios fueron denominados por Asimov las ´Tres leyes de la robótica´ 

       º Antecedentes históricos 

Evolución de los robot 

Por siglos el ser humano ha construido maquinas que imitan las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes ,quines aseguraban que ese movimiento era ispiración de sus dioses . Los griegos construyeron estatuas de que operaban con sitemas hidráulicos , los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos .Durante los siglos XVII y XVII en Europa fueron desarrollados muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots.Jacques de Vauncansos (nombre no piensen que es jaker ) varios músicos de tamaño humano a medidas del siglo XVII.En 1805 , Henri Maillardert fabricó una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos.Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: La diversión .Estas creaciones de forma humana deben considerarse como invenciones aisladas que reflejan el genio de hombres que se anticiparon a su época . Hubo otras creaciones mecánicas durante la revolución industrial ,creadas por mentes de igual genio ,muchas de las cuales estaban dirigidas al sector de la producción textil .Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de Hargreaves ( 1770) , la hiladora mecánica de Crompton(1779) , el telar mecánico de Cartwright(1785), el telar de Jacquard(1801), y otros.

                       º Aplicaciones práticas de la robótica 

* La robótica y la industria 

Los robots son utilizados para una variedad de procesos industriales como por ejemplo: la soldadura de punto y soldadura de arco , pinturas spray, transportación de materiales , moldeado en la industria plástica, maquinas-herramientas, y varias más. 

* Transferencia de material 

Son operadores en las cuales el objetivo primario es mover una pieza de un lugar a otra. Se suelen considerar entre las operaciones más sencillas o directas de realizar por estos sistemas . Las aplicaciones normalmente un robot poco sofisticado y con equipos de asistencia típica mente simples.

* Carga de máquinas 

El robot debe cargar la pieza de trabajo en bruto en las máquinas,pero la pieza se extrae mediante algún otro medio. En una operación de prensado,el robot se puede programar para cargar láminas de metal en la prensa y las piezas acabadas se permite que caigan fuera de la prensa por gravedad. 

* Descarga de máquinas 

La máquina produce piezas acabadas a partir de materiales en bruto que se cargar directamente en la maquina sin ayuda externa . El robot descarga la pieza de la máquina . Ejemplos de esta categoría son las aplicaciones de fundición de troquel y moldeado plástico . 

* Operadores de procesamiento 

Existe una gran clase de aplicaciones en las cuales el robot realmente efectúa trabajo sobre piezas . Este trabajo casi siempre necesitaba que efecto final del robot sea una herramienta en lugar de una pinza. Por tanto , la utilización de una herramienta para efectuar el trabajo es una característica distinta de este grupo de de aplicaciones . El tipo de herramienta depende de la operación que de procesamiento que se realiza . 

* Educación 

Los robots están apareciendo en los salones de clases de tres formas distintas.Primero, los programas educacionales utilizan la simulación de control de robots como un medio de enseñanza . Un ejemplo palpable es la utilización del lenguaje de programación del robot Karel , un subconjunto de Pascal ; la máquina es utilizada para la introducción de a la enseñanza de la programación .El segundo , y de uso más común , es el uso del robot ´tortuga´ en conjunción con el lenguaje LOGO para enseñar ciencias computacionales. LOGO fue creado con la intención de proporcionar al estudiante un medio natural y divertido en el aprendizaje de las matemáticas . En tercer lugar está el uso de los robots en los salones de clases . Una serie de manipulaciones de bajo costo, robots móviles , y sistemas complejos han sido desarrollados para la utilización en los laboratorios educacionales . Debido a su bajo costo , muchos de estos sistemas no poseen fiabilidad , no presentan sensores y en su mayoría carecen de software. 

* Militar 

La robótica ha producido muchos avances militares en cuanto a tecnología de combate se refiere. Actualmente el ejercito de los Estados Unidos utiliza una serie de robots terrestres que están equipados con equipos GPS , cámaras láser y de visión nocturna , y radares, y tienen la capacidad de moverse sobre terrenos muy difíciles. Su tarea,por el momento , es ayudar en la búsqueda de sobrevivientes ,reconocer terrenos y testear armas químicas . Sin embargo,hay algunos prototipos que ya tienen la capacidad de evaluar juicios instantáneos y de actuar conforme a ellos ,es decir;crear un plan. En la aeronáutica militar se ha implementado,hace unos años ,aviones espías que son utilizados para reconocimientos en zonas urbanas. Tienen la habilidad de reconocer como objetivos concretos,incluso entre una multitud .Son muy útiles en ese campo así como en la persecución de objetivos en tiempo real . La Marina tampoco se ha quedado atrás, y cuenta en sus filas con robots anfibios autómatas diseñados para sumergirse a grandes profundidades . Se los utiliza en busca de minas de mar y posibles barcos enemigos; tiene que emerger para transmitir la información vía satélite ,pero permanecer durante un mes en el océano sin la necesidad de ser re alimentado con energía . Otro avance en el campo militar son los robots que detectaron y desactivan minas terrestres .Estas máquinas cumplen la riesgosa misión de despejar campos minados en diferentes lugares del mundo ,reduciendo considerablemente la perdida de vidas humanas en este riesgoso trabajo .

º La robótica y su relación con la computación 

El término robótica se refiere al área que engloba la construcción de dispositivos autónomos que actúan en el mundo real de forma que mimeticen el comportamiento de los seres humanos. Esto quiere decir que estos robots podrán sentir el ambiente usando sus sensores (sentidos si hacemos un paralelo con los seres humanos) y modificar o moverse en el ambiente usando sus actuadores (por ejemplo las extremidades si hacemos un paralelo con los seres humanos). De esta forma, es posible definir un robot como un dispositivo mecánico versátil equipado con sensores y actuadores, controlado por un sistema computacional capaz de extraer informaciones del ambiente y usar su conocimiento al respecto del mundo de forma a actuar sobre el mismo a través de movimientos.

Robótica engloba tres áreas: Mecánica, electrónica y computación. Es por eso que alrededor del mundo no es difícil encontrar proyectos de investigación en robótica en facultades o departamentos académicos de Ingeniería Mecánica, Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica, Ingeniería de Computación, Ciencia de la Computación y en Ingeniería Mecatrónica. Cada profesional realizará aportes a la robótica con mayor énfasis en su área de formación.

En el caso específico de la Computación podemos citar varias subáreas las cuales hacen parte del dominio de la robótica. Por ejemplo la inteligencia artificial, redes de computadoras, procesamiento digital de imágenes, compiladores, estructuras de datos, sistemas operativos, entre otras.

Hablando de la inteligencia artificial primero podemos hablar de la teoría de agentes, que es aplicable directamente en robótica, inclusive es importante notar que algunos autores incluyen a los robots como un tipo de agente, llamándolos de agentes robots. Ya al hablar de algoritmos de aprendizaje (supervisado, no supervisado y por refuerzo) también se aplican a robótica especialmente cuando se desea construir robots autónomos que hagan una conexión “inteligente” entre lo que sienten y sus acciones.

También, las redes neuronales con aprendizaje supervisado son muy usadas para controlar robots y sus partes.

Por ejemplo se pueden usar redes neuronales para controlar las piernas de un robot bípedo. Al mismo tiempo, la aplicación de estas técnicas representa un gran desafío para los investigadores en esta área pues las mismas funcionan correctamente en condiciones normales donde se puede disponer de un tiempo “muy grande” para su convergencia, sin embargo, al aplicarlos en robótica nos encontramos con que la respuesta de los robots debe ser en tiempo real lo que agrega una restricción mas y hace mucho más interesante esta área de investigación.

Si hablamos de redes de computadores, luego viene a la cabeza la construcción de un equipo de robots (sistemas multirobots) donde los elementos del equipo deberán comunicarse unos con los otros de forma eficiente, para esto la arquitectura de la red de comunicación construida entre estos elementos debe ser muy eficiente e inclusive ajustarse a desafíos como pérdida temporal de un elemento del equipo, usar algunos elementos del equipo como ruteadores para poder alcanzar elementos más lejanos, entre otros.

Ya al hablar de procesamiento digital de imágenes y visión computacional, podemos hablar de uno de los sensores más eficientes del mundo de la robótica, la cámara, donde después de una adquisición adecuada se podrán aplicar todas las técnicas dentro de estas áreas sumadas a la restricción de que el procesamiento deberá ser realizado en tiempo real.

En relación a compiladores, pienso instantáneamente en robots operados por seres humanos. Por ejemplo, en ambientes industriales es posible encontrar robots que son programados por sus operadores para realizar ciertas tareas dentro de una cadena de ensamblaje. Estos robots tienen su propio lenguaje de programación, generalmente creados por la empresa o institución que los idealizó y construyó. Al mismo tiempo, éste lenguaje tendrá que ser traducido para que pueda ser entendido por el S.O. y procesador del robot con lo que se hace necesario la construcción de compiladores o en su defecto intérpretes.

En robótica existe un área de investigación que es la de mapeamento de ambientes estructurados, que consiste en colocar un robot o un equipo de ellos en un ambiente desconocido de forma que ellos lo recorran y construyan el mapa del mismo. Aquí, es necesario el uso de estructuras de datos adhoc para poder almacenar, actualizar y recuperar las informaciones concernientes al mapa generado en forma rápida y eficiente.

Ya hablando de robótica educativa, en estos tiempos se ha vuelto indispensable la creación de kits que permitan el aprendizaje de robótica de forma simple e intuitiva tanto para niños como personas con poca o ninguna intimidad con el área tecnológica. Así, muchas instituciones en el mundo vienen sumándose a estos esfuerzos, los cuales nacen en ambientes académicos universitarios.

En esta área específica se hace necesaria la creación de procesadores adhoc capaces de soportar directamente los sensores utilizados en robótica y por qué no incluir capacidades de procesamiento digital de imágenes.

Luego, es necesario crear el sistema operacional para estos procesadores, así como compiladores y lenguajes de programación específicos para robótica y al mismo tiempo estos lenguajes deben ser lo suficientemente simples para ser entendidos por personas no familiarizadas con el área tecnológica.

Para finalizar, es importante observar que existen muchas áreas de convergencia entre la computación y la robótica y en el Perú no podemos estar ajenos a esta realidad ya que se espera que en el futuro los robots se vuelvan populares y su utilización sea masiva en los más diversos campos de acción. Así, espero que este documento sirva para estimular a los académicos peruanos en el área de la computación a ser parte activa de la gran cantidad de investigadores que dirigen sus esfuerzos a hacer de los robots dispositivos seguros, versátiles y autónomos en todo el sentido de la palabra.

                 º Ahora un pequeño vídeo acerca de la robótica