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¿Qué es la Robótica?
El origen del término robot proviene de una palabra checa (robota = trabajo en checo) y fue usado por primera vez en 1921 en una obra teatral del autor checo Karel Capek.

 

Nosotros ampliamos estos conceptos para indicar que el título de esta obra fue ?Rossum´s Universal Robots? y en ella el autor describe cómo un ejército de máquinas con forma humana fue creado por unos científicos para reemplazar el hombre en tareas y trabajos como esclavos del hombre.
Sin embargo estas máquinas, los ?robots? se sublevan y luchan contra el hombre. La obra teatral es muy dramática, pero deja ver cómo la extrapolación de este concepto del trabajo realizado por máquinas pensantes puede llevar a los conflictos más curiosos. La ciencia-ficción no pudo quedar ausente de este planteo y el bien conocido autor del género,
Isaac Asimov, incluyó en una de sus obras las leyes que debían regir los robots. Sus ?Androides pensantes? debían obedecer las siguientes tres leyes:
1. Los robots no deben en caso alguno lastimar a los seres humanos, ni por su acción, ni por su inacción.

2. Los robots deben obedecer a los humanos, salvo cuando la orden viola la primera ley.

3. Los robots deben protegerse, salvo cuando este hecho contradiga la primera ley.

Las leyes de Asimov son desde luego muy importantes bajo el punto de vista literario y como meta filosófica, pero como hasta ahora ningún robot entra en la categoría de ?androide pensante?, habrá que esperar hasta que esto suceda
para ver si estas leyes realmente se cumplirán.
El personaje del robot fue usado también en el cine desde hace muchos años, como por ejemplo la androide María en la película ?Metrópolis?, de Fritz Lang de 1926. Este personaje representaba lo que la gente en general pensaba del
aspecto de un robot.
Ahora bien, aun cuando el nombre de ?robot? data de apenas 1921 y se refiere a un aparato de aspecto humano que puede ejecutar ciertas tareas de forma similar a cómo las haría una persona, el concepto del mismo es conocido
desde hace varios siglos. Siempre se combinaba el aspecto humano del mismo con alguna función típica del ser humano realizada por este artefacto en forma automática. Mitos ancestrales describían estatuas caminantes y otras maravillas en forma humana o animal. Estas figuras se llamaban ?autocamión? y fueron muy populares como relato misterioso, no siempre basado en la realidad.
En algunas iglesias europeas medievales existían relojes con personajes y muñecos que efectuaban algunas tareas vistosas, reproducían música, etc. También en la China antigua existían muñecos del tipo ?automaton?.
En el siglo XVIII existían varios autómatas famosos, algunos construidos por un artesano suizo, Pierre Jacquet- Droz, que podían hacer dibujos simples, ejecutar piezas musicales en un órgano en miniatura o cumplir con otras simples funciones de entretenimiento. Conviene tener presente que muchos de los dispositivos similares de los tiempos modernos cumplen sólo este tipo de función de entretenimiento, sin valor real de trabajo útil, aun cuando pueden estar dotados de grandes novedades tecnológicas con control remoto
por radio, etc. Los robots modernos cumplen tareas y rutinas repetitivas
en líneas de montaje, muchos desarrollados en consecuencia y a causa de la revolución industrial. La tendencia es la automatización de muchos procesos industriales a través del desarrollo de máquinas más versátiles que no requerían
el proceso de entrenamiento que necesita el ser humano y que pueden ser ubicados en ambientes hostiles para el hombre, por ejemplo en ambientes de altas temperaturas o en lugares expuestos a la radiación atómica. El uso de
robots en minas bajo tierra, bajo las aguas profundas del océano o en la luna o en Marte, es sólo una ampliación de este concepto.A este tipo de desarrollo contribuyó, sin duda, el nacimiento de la computación y de otros tipos de conceptos que se conocen como inteligencia artificial (AI).

La Inteligencia Artificial
Este término fue discutido durante siglos en las más diversas acepciones y por los más ilustrados científicos y filósofos.
En 1637, el filósofo y matemático francés René Descartes (1596 ? 1650) predijo que nunca sería posible crear una máquina que pudiese pensar como un ser humano. Es-
te ilustre pensador fue el creador de la geometría analítica y de la óptica geométrica y en sus trabajos filosóficos pronunció la celebre frase: ?Cogito, ergo sum?, (pienso, luego existo), que fue la base de muchas innovaciones en el mundo de la filosofía. En contraposición con este pensamiento existe aquel otro de Alan Mathison Turing (1912 ? 1954), conocido matemático y pionero de la computación, en el cual predijo
en 1936 las futuras máquinas computadoras. La máquina de Turing fue la base de muchos desarrollos que se pudieron realizar recién mucho más adelante, cuando la tecnología del estado sólido hubo llegado a su pujanza arrolladora. Para dar una idea de las actuaciones de Turing podemos mencionar
que fue él quien intervino en el proyecto Ultra que permitió descifrar el código militar alemán durante la segunda guerra mundial. Después de la guerra formó parte del grupo que en 1948 desarrolló la primera computadora en la
Universidad de Manchester. Sus teorías inspiraron a otros científicos quienes realizaron en 1956 la primera conferencia de AI (inteligencia artificial) en la Universidad de Dartmouth. Posteriormente, se creó un Laboratorio de AI en el
Instituto Tecnológico de Massachusetts (M.I.T.) con la intervnción
de otros partidarios de las ideas de Turing, los Doctores John McCarthy y Marvin Minsky. El primero de estos investigadores inventó el primer lenguaje de computación, LISP, para sus equipos, pero aún faltaba mucho para lograr
los propósitos de la AI.
Uno de los experimentos de Turing fue el ?Turing Test? para comprobar la eficiencia de la AI con respecto a la inteligencia del ser humano. El Test de Turing consistía en lo siguiente:
Colocar una persona en una habitación y un robot en una segunda habitación. A la vez en una tercera habitación se encuentra un interrogador, quien efectúa preguntas al hombre y a la máquina. Cuando las contestaciones de ambos son tales, que el interrogador no puede distinguir entre hombre y máquina, la inteligencia artificial ha llegado a un punto de similitud humana.
Una de las bases para la AI es la capacidad del procesamiento en paralelo, que es la forma en que funciona el cerebro humano. En computación se empieza a usar este concepto en una medida cada vez más avanzada, pero no se
ha llegado aún al estado necesario para simular el cerebro humano. También falta incorporar otros términos: Percepción, conocimiento, preferencias emocionales, valores, experiencia de evaluación, la capacidad de generalizar y de evaluar opciones y muchos otros.

Los Robots en la Ultima Década
Los robots modernos aún sin AI, pueden ser muy útiles en las más variadas formas. Existen numerosos ejemplos para este criterio y sólo podemos mencionar algunos en esta nota. En 1960 se construyó el primer robot verdadero, llamado SHAKEY por sus creadores del Instituto de Investigación
Stanford, incorporando elementos de computación en sus componentes.
En la década del 1970 la General Motors y el M.I.T., mencionado más arriba, crearon bajo la dirección del investigador Victor Scheinmann un ?brazo? motorizado que fue usado como primer robot industrial.
En la imagen vemos un robot industrial. Normalmente, estos automatismos realizan trabajos peligrosos para un operario humano.

Desde la década del 1970 existen varias instituciones de investigación científica que se ocupan del desarrollo de robots para fines industriales. Una de estas instituciones es el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), que el autor de la presente nota tuvo oportunidad de conocer en 1975, cuando con motivo de una investigación sobre displays LCD (liquid crystal display) se trasladó a la localidad de Livermore en California. Esta pequeña ciudad, de apenas 20.000 habitantes, es sin embargo el centro de una distinguida comunidad científica que alberga todas las especialidades imaginables.
La especialidad del LLNL es el desarrollo de equipos robóticos de control remoto, que comprende especialidades tales como sensores de materiales nucleares, templado por radiación, herramientas de desarme de materiales peligrosos y otras aplicaciones especiales que se acoplan a una plataforma móvil. Se han desarrollado en este Laboratorio las tecnologías necesarias para la navegación y traslado de las plataformas remotas específicas.

Muchos de los equipos desarrollados por LLNL están en pleno servicio desde hace más de 15 años. Entre los equipos destacados se presentan los siguientes.

ATOM (Automated Tether Operated Manipulator = manipulador automatizado operado por ?cordón umbilical?). Se trata de un equipo destinado específicamente para el control remoto en accidentes nucleares. El equipo contiene visión estereoscópica, sensores de materiales nucleares, cañón de agua, rango operativo de 6 kilómetros, autoabastecimiento energético de hasta 4 horas, dispositivos de corte abrasivo y otras herramientas necesarias para los casos previstos. Se puede considerar este tipo de equipamiento
como típico para la justificación de un trabajo robótico al permitir el acercamiento operativo de la plataforma en casos en que ninguna persona puede estar expuesto a las radiaciones previstas.
Entre las características constructivas del ATOM, que fue puesto en servicio en la década del 80, figuran las siguientes.

Una arquitectura del procesador y un sistema de control de funcionamiento dual, desarrollado especialmente por LLNL y un monitor del tipo MIXM (Multiprocessor Interworked eXection Monitor) que permiten una comunicación
para comando y control a través de un link serie de 9.600 baud, incorporado. El dispositivo de corte es del tipo líquido con un sistema cartesiano de tres ejes y puede ser usado en el lugar mismo de eventuales accidentes nucleares, tanto en usinas eléctricas nucleares como en otros donde materiales
nucleares están involucrados. También puede ser usado para el desarme de armas nucleares o para la eliminación de minas terrestres u otros dispositivos explosivos.

El sistema de transporte de esta plataforma robótica puede ser por vía aérea por radiofrecuencia o también por medio de cables, pero siempre por control remoto.
También existen robots educativos como el mostrado en la imagen.

. Al respecto, determinadas empresas ofrecen robots de usos múltiples como por ejemplo, el mostrado en la siguiente imagen, denominado robot educativo "Medusa"

que posee cuatro piernas y una forma de andar similar a "Snow Walker" de la película "La Guerra de las Galaxias". El movimiento comienza cuando un sensor sonoro detecta un sonido de elevado volumen y para automáticamente después de algunos segundos.
En la imagen se muestra un robot denominado "Navius".Que significa "navegar".

Se trata de un robot con dos articulaciones cuyo movimiento es controlado por un programa interno almacenado en un disco óptico. Este robot es reprogramable con el objeto de que pueda realizar movimientos acordes con las exigencias del operador. Las computadoras que controlan estos robots utilizan informaciones codificadas lo más sencillas posibles.
Hoy en día, los robots son parte de la mayoría de las industrias modernas, es posible tener brazos de robot para cortar madera en aserraderos y hasta autómatas que cumplen funciones domésticas. En marzo de 2003 resulta imoposible imaginar qué es lo que nos depara la próxima década en esta materia.
Por otra parte las perspectivas para equipos robóticos son impresionantes, ya que su desarrollo acompaña el progreso de equipos de computación, las exigencias de la exploración espacial y muchas otras aplicaciones de gran riesgo para el hombre o directamente imposibles para él.
Es ahí donde los robots del siglo XXI, podrán mostrar su capacidad operativa y su condición de imprescindibles en el actual desarrollo de la civilización humana.

Qué es un Robot
Los robots llevan más de 45 años de estar presentes en los procesos industriales del ser humano; los primeros robots verdaderos se dieron a conocer a finales de los años 50 y principios de los 60, esto gracias a un nuevo desarrollo de tecnología, es decir la invención de los transistores y los circuitos integrados.
Hay varios tipos de robots. Siempre cuando uno piensa en el futuro se imagina una nueva tecnología mucho más
sofisticada. La gran variedad que hay de diferentes tipos y funciones programadas de un robot es impresionante. Existen
robots de uso doméstico, otros para ayuda médica, otros para labores peligrosas, y bien los robots de la industria. Pero los llamados Androides, es decir robots que semejan características humanas están muy lejos de ser una realidad en nuestro mundo.
Existen muchas formas de definir el término robot, podemos utilizar la definición de 1979 del Robot Institute of America, que dice:
Es un manipulador reprogramable y multifuncional diseñado para mover material, partes, herramientas o bien dispositivos especializados para desempeñar una variedad de labores a través de movimientos diversos programados.
Obviamente esta definición es bastante rígida e insípida; de una forma más personal se puede decir que un robot es un dispositivo que permite realizar labores mecánicas normalmente asociadas con los humanos de una manera mucho más eficiente, y sin necesidad de poner en riesgo la vida humana.

La palabra robot, no es un término acuñado recientemente, el origen etimológico de esta palabra proviene del término checo "Robota" es decir trabajo forzado y su uso se remonta a la obra teatral (PLAY) de 1921 del checo Karel Capek titulada R.U.R., Robots Universales de Rossum . En esta obra Capek habla de la deshumanización del hombre en un medio tecnológico; a diferencia de los robots actuales, éstos no eran de origen mecánico, sino más bien creados a través de medios químicos.
Pero no fue sino hasta 1942 que el término robótica, es decir el estudio y uso de robots, se utiliza por primera vez por el escritor y científico rusoamericano
Isaac Asimov en una pequeña historia titulada Runaround. Ahora surge la
pregunta:¿A partir de cuándo nacen los robots tal y como los conocemos
hoy en día?

Hacia finales de la década de los 50 y principios de los 60 salen a la luz pública los primeros robots industriales conocidos como Unimates diseñados por George Devol y Joe Engelberger, este último creó Unimation y fue el primero en
mercadear estas máquinas, con lo cual se ganó el título de "Padre de la Robótica".
Ya en la década de los 80 los brazos industriales modernos incrementaron su capacidad y desempeño a través de microcontroladores y lenguajes de programación más avanzados.
Estos avances se lograron gracias a las grandes inversiones de las empresas automovilísticas.

Tipos de Robots
Los robots tal y como se nos presentan en las películas, es decir aquellos similares a los seres humanos, conocidos como Androides, se encuentran en un futuro muy lejano.
A pesar de eso los robots actuales son máquinas muy
sofisticadas que realizan labores productivas especializadas, revolucionando el ambiente laboral. La gran mayoría de los robots actuales son manipuladores industriales es decir "brazos" y "manos" controlados por computadora siendo
muy difíciles de asociar con la imagen tradicional de un robot, pero no sólo existen estos dispositivos tipo robot; la robótica incluye muchos otros productos como sensores, servos, sistemas de imagen, etc.

Brazos Robot
El noventa por ciento de los robots trabajan en fábricas, y más de la mitad hacen automóviles; siendo las compañías automotrices altamente automatizadas gracias al uso de los brazos robot, quedando la mayoría de los seres humanos en labores de supervisión o mantenimiento de los robots y otras
máquinas.
Otras de las labores realizadas por los brazos robots son labores en el campo de los alimentos, donde por ejemplo un dispositivo de este tipo selecciona los chocolates que corresponden para armar una caja. Esto lo logra mediante el
uso de sensores que identifican los diferentes elementos que conforman una caja del producto, luego de ser identificados son tomado uno a uno y depositados en las cajas.
Sensores
Los robots utilizan sensores para así obtener información acerca de su entorno. En general, un sensor mide una característica del ambiente o espacio en el que está y proporciona señales eléctricas. Estos dispositivos tratan de emular los sentidos humanos, es decir el olfato, la visión, el tacto, etc. Pero estas máquinas tienen la ventaja de poder detectar información acerca de los campos magnéticos u onda ultrasónicas. Los sensores de luz para la robótica vienen en diferentes formas, fotorresistencias, fotodiodos, fototransistores,
obteniendo todos estos el mismo resultado, es decir cuando un haz de luz es detectado ellos responden ya sea creando o cambiando una señal eléctrica la cual será analizada y el dispositivo tomará una decisión o bien proveerá la información. Mediante el uso de un filtro frente a un sensor de luz se puede crear una respuesta selectiva con lo cual el robot únicamente podrá ver determinados colores. El uso de sensores de luz le permite a los robots ubicarse, muchos de ellos utilizan también sensores infrarrojos para desplazarse, emitiendo un rayo hacia un obstáculo y midiendo la distancia, es decir similar a un sonar o radar. Para los sistemas más complejos, por ejemplo el eliminar producto defectuoso de una banda transportadora, los sensores de
luz no son suficientes, se necesita la intervención de una computadora, la cual realizará la selección basándose en la información que el sensor le provee, una vez procesada la computadora enviará la información al dispositivo robótico
para cumplir con la orden.

La visión robótica es uno de los grandes retos para los ingenieros de hoy en día. Es difícil programar un robot para que sepa qué ignorar y qué no. Estas
máquinas tienen problemas para interpretar sombras, cambio de luces o
brillo, además para poder tener percepción de la profundidad es necesario
que tengan visión esteroscópica al igual que los humanos. Otro de los
grandes inconvenientes es el lograr resolver imágenes tridimensionales
para poder generar una imagen tridimensional a partir de dos imágenes muy similares en un tiempo corto se requiere de grandes cantidades de memoria
y de un procesador muy poderoso. Los sensores de tacto también ayudan a los robots sin capacidad de visión a caminar.
Los sensores contactan y envían una señal para que el robot sepa que ha "tocado" algún objeto. El material más usado es el "Piezoelectric". Los sensores de posición hacen posible el enseñar a un robot a hacer una función respectiva
en función de los movimientos. Los sensores en ciertos puntos del robot guardan información sobre el cambio de una serie de posiciones. El robot recuerda la información y repite el trabajo en forma exacta a como fue realizado inicialmente.

Beneficios
El beneficio que los robots generan es increíble para los trabajadores,industrias y países. Obviamente estos beneficios dependerán de la orrectaimplementación de los mismos, es decir, se deben utilizar en las labores adecuadas, por ejemplo manipulando objetos muy pesados, sustancias peligrosas o bien trabajando en situaciones extremas o dañinas para el hombre; y más bien dejando a los seres humanos realizar las tareas de técnicos, ingenieros, programadores y supervisores. ¿Pero cuáles son esos beneficios?
Podemos mencionar el mejoramiento en el manejo, control y productividad, todo esto asociado a una significativa mejora en cuanto a la calidad del producto terminado, factor determinante en un mundo globalizado.
Al ser los robots máquinas pueden trabajar día y noche, en una línea de ensamble sin perder un ápice de su desempeño, reduciendo los costos de producción; otra enorme ventaja comparativa en el difícil mercado de hoy en día.

Arquitectura de un Robot
El concepto de arquitectura de un robot se refiere primordialmente al software y hardware que definen el ámbito de control de una máquina de este tipo.
Una tarjeta controladora que ejecuta algún software para operar motores
no constituye por sí misma la arquitectura, más bien el desarrollo de módulos
de software y la comunicación entre ellos y el hardware es lo que la define
realmente.
Los sistemas robóticos son complejos y tienden a ser difíciles de desarrollar,
esto debido a la gran variedad de sensores que deben integrar, así como delimitar su rango de acción, por ejemplo en un brazo robot cuál va a ser el radio de giro o la altura máxima a la que puede levantar algún objeto que está
manipulando. Los desarrolladores de sistemas típicamente se han basado en los esquemas tradicionales de desarrollo para construir dispositivos robóticos pero ha quedado demostrado la ineficiencia de este proceso, es decir un diseño
que ha funcionado muy bien para operaciones teledirigidas -manejo de robots submarinos por seres humanos- no ha dado los resultados esperados para sistemas autónomos -robots de exploración espacial-.
La nueva tendencia para el desarrollo de arquitectura robótica se ha enfocado en lo que podemos nombrar sistemas reactivos o bien basados en el entorno, esto quiere decir que los robots tendrán la capacidad de reaccionar sin necesidad de la intervención humana ante ciertas situaciones de eventual peligro para la máquina. Un claro ejemplo de este tipo de diseño es el robot
utilizado para la exploración en Marte, el cual mediante sensores determina el ambiente que lo rodea y puede tomar la decisión más acertada acerca de la ruta u operación a realizar. Todo esto está motivado por el tiempo que tomaría
en llegar a la superficie marciana las órdenes desde la Tierra.
La capacidad de pensar de los robots está lejos de ser una realidad, los esfuerzos para imitar el pensamiento humano se han centrando alrededor de lógica basada en reglas, es decir respuestas afirmativas o negativas y los datos son almacenados en formato binario -unos y ceros- para ser manipulado mediante reglas preprogramadas; la mayoría de los llamados "cerebros robots" están basados también en reglas y muy frecuentemente se encuentran codificadas en un único microchip.
Los sistemas basados en reglas pueden ser utilizados para crear inteligencia artificial, esto se logra mediante la programación de una enorme cantidad de datos dentro de la computadora y confiando en esos datos para lograr imitar la inteligencia. Por ejemplo una computadora puede ayudar a diagnosticar una enfermedad mediante la comparación de síntomas con aquellos que están en su base de datos. Estos "sistemas expertos" pueden conocer más hechos que un único individuo, pero su utilidad es muy específica y no pueden aprender, por lo tanto únicamente podrán desempeñarse en la labor para la que fueron programados. Un nuevo acercamiento al tema de la inteligencia artificial se da mediante las llamadas redes neurales, estos sistemas han sido modelados a partir del cerebro humano y su ventaja respecto a los sistemas basados en reglas radica en que pueden manejar conceptos un poco ambiguos, un sistema neural "aprende" mediante la exposición a grandes cantidades de preguntas y respuestas; una vez entrenado puede dar una respuesta a una pregunta relativamente acertada es decir dará la respuesta o respuestas más probables.
Un tercer enfoque y quizás el más reciente en este campo es el llamado mecanismo de estímulo-respuesta, desarrollados por Rodney Brooks del M.I.T. Estos mecanismos consisten por ejemplo en conectar directamente sensores
de luz a motores, haciendo posible que los motores se activen mediante el impulso de búsqueda de luz, con esto se logra algo que semeja la inteligencia.

Compañías que Producen Robots
El mercado actual de robots se encuentra dividido en dos áreas principales:
Robots móviles, dentro de este grupo podemos hallar dos subgrupos de importancia:
Los llamados AGV, por sus siglas en inglés "Automatic Guided Vehicles",
es decir Vehículos Guiados Automáticos, estos robots se encargan de transportar materiales dentro de fábricas permitiendo la automatización de las líneas de producción, la mayoría de estos robots utilizan cables que se encuentran en el piso como medio de ubicación y determinar la ruta a seguir. Aunque ya existen algunos de estos que prescinden de los cables como sistemas de guía. El primer AGV fue instalado en 1954 por Cravens Company en la compañía Mercury Motor Express en Carolina del Sur. Actualmente compañías como Caterpillar, BT Systems y AGV Products.
Robots para exploración marina: Estos dispositivos le han permitido al ser humano realizar labores a profundidades y bajo condiciones extremas para cualquier buzo; existen dispositivos operados mediante el sistema umbilical es
decir un cable que los une a la superficie o bien teleoperados.
Compañías importantes son, por ejemplo, Oceaneering International Inc. y R.O.V. Technologies.