LA ROBOTICA

LA ROBÓTICA

El término robótica procede 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.

Otra definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras actividades. Básicamente, la robótica se ocupa de todo lo concerniente a los robots, lo cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc.

La robótica es una disciplina, con sus propios problemas, sus fundamentos y sus leyes. Tiene dos vertientes: teórica y práctica. En el aspecto teórico se aúnan las aportaciones de la automática, la informática y la inteligencia artificial. Por el lado práctico o tecnológico hay aspectos de construcción (mecánica, electrónica), y de gestión (control, programación). La robótica presenta por lo tanto un marcado carácter interdisciplinario.

LOS ROBOTS

Los robots son dispositivos compuestos de sensores que reciben datos de entrada y que pueden estar conectados a la computadora. Esta, al recibir la información de entrada, ordena al robot que efectúe una determinada acción. Puede ser que los propios robots dispongan de microprocesadores que reciben el input de los sensores y que estos microprocesadores ordenen al robot la ejecución de las acciones para las cuales está concebido. En este último caso, el propio robot es a su vez una computadora.

Robot industrial: Nace de la unión de una estructura mecánica articulada y de un sistema electrónico de control en el que se integra una computadora. Esto permite la programación y control de los movimientos a efectuar por el robot y la memorización de las diversas secuencias de trabajo, por lo que le da al robot una gran flexibilidad y posibilita su adaptación a muy diversas tareas y medios de trabajo.

Un robot industrial es, por su propia naturaleza, un nuevo tipo de maquinaria que proporciona una flexibilidad doble:

a) Flexibilidad mecánica, proporcionada por estar constituido por un sistema mecánico articulado que puede variar la posición de su extremo libre en el espacio, adoptando además una orientación espacial deseada.

b) Flexibilidad de programación, debida a que su configuración espacial está controlada por un computador, y por lo tanto puede ser cambiada fácilmente con solo cambiar el programa.

La movilidad del manipulador es el resultado de una serie de movimientos elementales, independientes entre sí, denominados grados de libertad del robot.

Los beneficios que se obtienen al implementar un robot de este tipo son:

- Reducción de la labor.

- Incremento de utilización de las máquinas.

- Flexibilidad productiva.

- Mejoramiento de la calidad.

- Disminución de pasos en el proceso de producción.

- Mejoramiento de las condiciones de trabajo, reducción de riesgos personales.

- Mayor productividad.

- Ahorro de materia prima y energía.

- Flexibilidad total.

HISTORIA DE LA ROBÓTICA

La historia de la robótica ha estado unida a la construcción de "artefactos", que trataban de materializar el deseo humano de crear seres a su semejanza y que lo descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (GAP) (que construyó el primer mando a distancia para su torpedo automóvil mediante telegrafía sin hilo, el ajedrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingenios) acuñó el término "automática" en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos.

Karel Čapek, un escritor checo, acuñó en 1921 el término "Robot" en su obra dramática "Rossum's Universal Robots / R.U.R.", a partir de la palabra checa robota, que significa servidumbre o trabajo forzado. El término robótica es acuñado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia que estudia a los robots. Asimov creó también las Tres Leyes de la Robótica. En la ciencia ficción el hombre ha imaginado a los robots visitando nuevos mundos, haciéndose con el poder, o simplemente aliviando de las labores caseras.

Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imiten las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses. Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.

Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots.

Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión.

En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ‘ el programa ’ para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar. Éstas creaciones mecánicas de forma humana deben considerarse como inversiones aisladas que reflejan el genio de hombres que se anticiparon a su época. Hubo otras invenciones 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.

El desarrollo en la tecnología, donde se incluyen las poderosas computadoras electrónicas, los actuadores de control retroalimentados, transmisión de potencia a través de engranes, y la tecnología en sensores han contribuido a flexibilizar los mecanismos autómatas para desempeñar tareas dentro de la industria. Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la década de los 50’s. La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías.

No obstante las limitaciones de las máquinas robóticas actuales, el concepto popular de un robot es que tiene una apariencia humana y que actúa como tal. Este concepto humanoide ha sido inspirado y estimulado por varias narraciones de ciencia ficción.

Una obra checoslovaca publicada en 1917 por Karel Kapek, denominada Rossum’s Universal Robots, dio lugar al término robot. La palabra checa ‘Robota’ significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando se tradujo al ingles se convirtió en el término robot. Dicha narración se refiere a un brillante científico llamado Rossum y su hijo, quienes desarrollan una sustancia química que es similar al protoplasma. Utilizan ésta sustancia para fabricar robots, y sus planes consisten en que los robots sirvan a la clase humana de forma obediente para realizar todos los trabajos físicos. Rossum sigue realizando mejoras en el diseño de los robots, elimina órganos y otros elementos innecesarios, y finalmente desarrolla un ser ‘perfecto ’. El argumento experimenta un giro desagradable cuando los robots perfectos comienzan a no cumplir con su papel de servidores y se rebelan contra sus dueños, destruyendo toda la vida humana.

Entre los escritores de ciencia ficción, Isaac Asimov contribuyó con varias narraciones relativas a robots, comenzó en 1939, a él se atribuye el acuñamiento 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.

Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:

1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser humano sufra daños.

1. Un robot debe de obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflictos con la primera ley.

1. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos primeras leyes.

Consecuentemente todos los robots de Asimov son fieles sirvientes del ser humano, de ésta forma su actitud contraviene a la de Kapek.

CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS

La potencia del software en el controlador determina la utilidad y flexibilidad del robot dentro de las limitantes del diseño mecánico y la capacidad de los sensores. Los robots han sido clasificados de acuerdo a su generación, a su nivel de inteligencia, a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de programación. Éstas clasificaciones reflejan la potencia del software en el controlador, en particular, la sofisticada interacción de los sensores. La generación de un robot se determina por el orden histórico de desarrollos en la robótica. Cinco generaciones son normalmente asignadas a los robots industriales. La tercera generación es utilizada en la industria, la cuarta se desarrolla en los laboratorios de investigación, y la quinta generación es un gran sueño.

1.- Robots Play-back, los cuales regeneran una secuencia de instrucciones grabadas, como un robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura por arco. Estos robots comúnmente tienen un control de lazo abierto.

2.- Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos obtenidos por sensores.

3.- Robots controlados por visión, donde los robots pueden manipular un objeto al utilizar información desde un sistema de visión.

4.- Robots controlados adaptablemente, donde los robots pueden automáticamente reprogramar sus acciones sobre la base de los datos obtenidos por los sensores.

5.- Robots con inteligencia artificial, donde las robots utilizan las técnicas de inteligencia artificial para hacer sus propias decisiones y resolver problemas.

APLICACIONES

Los robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde robots tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria automotriz, hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial.

Cada robot lleva consigo su problemática propia y sus soluciones afines; no obstante que mucha gente considera que la automatización de procesos a través de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que la introducción de la tecnología robótica en la industria, ya ha causado un gran impacto. En este sentido la industria Automotriz desempeña un papel preponderante.

Es necesario hacer mención de los problemas de tipo social, económicos e incluso político, que puede generar una mala orientación de robotización de la industria. Se hace indispensable que la planificación de los recursos humanos, tecnológicos y financieros se realice de una manera inteligente.

Por el contrario la Robótica contribuirá en gran medida al incremento del empleo. ¿Pero, como se puede hacer esto? al automatizar los procesos en máquinas más flexibles, reduce el costo de maquinaria, y se produce una variedad de productos sin necesidad de realizar cambios importantes en la forma de fabricación de los mismo. Esto originara una gran cantidad de empresas familiares (Micro y pequeñas empresas ) lo que provoca la descentralización de la industria.

ROBOTS FÍSICOS

Robótica Industrial: Es la parte de la Ingeniería que se dedica a la construcción de máquinas capaces de realizar tareas mecánicas y repetitivas de una manera muy eficiente y con costes reducidos.

Robótica de Servicio: Es la parte de la Ingenieria que se centra en el diseño y construcción de máquinas capaces de proporcionar servicios directamente a los miembros que forman sociedad.

Robótica Inteligente: Son robots capaces de desarrollar tareas que, desarrolladas en un ser humano, requieren el uso de su capacidad de razonamiento.

Robótica Humanoide: Es la parte de la ingeniería que se dedica al desarrollo de sistemas robotizados para imitar determinadas pecualiaridades del ser humano.

ROBOTS SOFTWARE

Robótica de Exploración: Es la parte de la Ingenieria del Software que se encarga de desarrollar programas capaces de explorar documentos en busca de determinados contenidos. Existen diversos servicios en Internet dedicados a esta parcela de la robótica.

LIMITACIONES DE LA ROBOTICA

Ninguno de los robots actuales (incluso los más avanzados) han pasado satisfactoriamente el Test de Turing , es decir que ,rigurosamente, ninguno es inteligente.

El test de Turing dice básicamente que si un jurado hace una serie de preguntas a un humano y a un robot y no puede distinguir cuales son respondidas por una maquina y cuales por una persona , el robot poseerá inteligencia similar a la humana y por lo tanto se habrá llegado a la inteligencia artificial plena.

El test de inteligencia artificial creado por el matemático Alan Turing en 1950 junto a otras de sus investigaciones sentó las bases de la IA.

Para pasar un test de Turing se necesitaría de una inteligencia artificial completa con conocimientos generales, adquiridos y de sentido común que son muy difíciles de lograr en maquinas.

Luego de un gran optimismo inicial cuando recién aparecían las computadoras, los investigadores en IA intentaron de todas formas crear programas que fueran inteligentes como el hombre. En sus esfuerzos llegaron a los años 80 donde la investigación se empantano y donde varios de sus principales portavoces pensaban que había que comenzar nuevamente desde 0 . No tenían forma de crear una inteligencia similar a la humana , solo podían hacer maquinas de calcular posibilidades que eran muy sofisticadas pero como las computadoras eran muy lentas los robots que las utilizaban como “cerebro” eran lentos.

Por ejemplo un robot podía quedar contra una pared sin “saber” darse vuelta , es decir si un obstáculo no estaba en sus registros de obstáculos conocidos tendría que aprenderlo o compararlo con otros ya conocidos lo cual llevaba a consultar una base de datos que no podía ser muy grande por esos días.

La cuestión del aprendizaje es clave si se pretende llegar a robots verdaderamente inteligentes. Una de las cualidades del aprendizaje humano es el olvido , olvidamos lo que no nos interesa o lo que nos importa menos . De esta manera el cerebro mantiene en su memoria “ram” lo verdaderamente importante realizando un tamizado de todo lo que aprendemos a diario . El tamizado de conocimientos se realiza durante la noche mientras dormimos.

Imagínese si cuando se levanta y ve a su esposa o pareja (o cualquier familiar) tuviera que repasar a todas las personas que conoció en la vida para reconocerla . Pues bien esto es lo que hace un robot ante una tarea similar . Claro que esto se puede simplificar y un robot puede tener una lista restringida de personas conocidas , y al resto ponerlo en un gran grupo de personas desconocidas . Pero cuando se comienza a restringir es cuando un robot comienza a alejarse de una inteligencia real pero , a su vez, mejora mucho en la especificidad de una tarea .

Es así que surgieron los sistemas expertos , programas o robots que se especializan en una determinada tarea y que la hacen igual o mejor que un humano . Un ejemplo claro es el buscador Google ¿Cuántos días o meses se necesitarían para buscar una información página por página en la web si la tarea fuera realizada por seres humanos?

Hay sistemas expertos de la más variada índole y que superan al hombre en distintas disciplinas, por ejemplo jugar al ajedrez, búsqueda de minerales, juegos, sistemas de seguridad, análisis de mercados, etc.

De esta manera a robots de forma humanoide o de mascotas se le han otorgado una serie de funciones que los convierte en sistemas expertos por ejemplo robots guardavidas que al tener un sistema de sonar no dependen de la visión para ver que alguien se hunde y por lo tanto pueden avisar a tiempo .

Robots que simulan la presencia de personas dentro del hogar encendiendo y apagando luces, equipos de música o TV y que su a vez llaman a la policía o al dueño de la casa cuando detectan la presencia de un extraño

.

Los robots actuales se comportan como sistemas expertos dotados en algunos casos de una apariencia humanoide o animal lo cual los hace más atractivos para el mercado de consumo.

Por otra parte hay una tendencia que dice que no se trata de (o no importa) ser inteligente sino parecerlo y si por ejemplo para atrapar una pelota un robot hace miles de calculos de trayectoria (que evidentemente un humano no hace) si lo hace bien lo estaría haciendo como si fuera inteligente.

...