¿Qué es la robótica?
El término "Robótica" fue acuñado por Isaac Asimov para describir la
tecnología de los robots. Él mismo predijo hace años el aumento de una
poderosa industria robótica, predicción que ya se ha hecho realidad.
Recientemente se ha producido una explosión en el desarrollo y uso
industrial de los robots tal que se ha llegado al punto de hablar de
"revolución de los robots" y "era de los robots".
El término robótica puede ser definido desde diversos puntos de vista:
-
Con independencia respecto a la definición de "robot":
"La Robótica es la conexión inteligente de la percepción
a la acción"... [Michael Brady and Richard Paul,
editors. Robotics Research: The First International Symposium.
The MIT Press, Cambridge MA, 1984]
-
En base a su objetivo:
"La Robótica consiste en el diseño de sistemas.
Actuadores de locomoción, manipuladores, sistemas de control, sensores, fuentes de energía, software de calidad--todos estos
subsistemas tienen que ser diseñados para trabajar conjuntamente
en la consecución de la tarea del robot"...
[Joseph L. Jones and Anita M. Flynn. Mobile
robots: Inspirations to implementation. A K Peters Ltd, 1993]
-
Supeditada a la propia definición del término robot:
"La Robótica describe todas las tecnologías asociadas
con los robots"
¿Qué es la Robótica?
Definición 1: Es la conexión inteligente entre percepción y acción.
[Brady, 85].
Definición 2: Es la disciplina que involucra [McKerrow, 86]:
a) el diseño, fabricación, control, y programación de robots;
b) el uso de robots para resolver problemas;
c) el estudio de los procesos de control, sensores y algoritmos
usados en humanos, animales y máquinas; y
d) la aplicación de estos procesos de control y algoritmos al diseño
de robots.
¿De dónde proviene la palabra robot?. ¿Qué es un
robot?
La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el
escritor checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional
de Praga su obra Rossum's Universal Robot (R.U.R.). Su origen es
de la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo
realizado de manera forzada. La trama era sencilla: el hombre fabrica un
robot, luego el robot mata al hombre.
Muchas películas han seguido mostrando a los robots como máquinas
dañinas y amenazadoras. Sin embargo, películas más recientes, como la
saga de "La Guerra de las Galaxias" desde 1977, retratan a robots como
"C3PO" y "R2D2" como ayudantes del hombre. "Número 5" de "Cortocircuito"
y "C3PO" realmente tienen apariencia humana. Estos robots que se
fabrican con look humano se llaman ‘androides’.
La mayoría de los expertos en Robótica afirmaría que es complicado dar
una definición universalmente aceptada. Las definiciones son tan
dispares como se demuestra en la siguiente relación:
-
Ingenio mecánico controlado electrónicamente, capaz de
moverse y ejecutar de forma automática acciones diversas,
siguiendo un programa establecido.
-
Máquina que en apariencia o comportamiento imita a las
personas o a sus acciones como, por ejemplo, en el movimiento de
sus extremidades
-
Un robot es una máquina que hace algo automáticamente en
respuesta a su entorno.
-
Un robot es un puñado de motores controlados por un programa
de ordenador.
-
Un robot es un ordenador con músculos.
Es cierto, como acabamos de observar, que los robots son difíciles de
definir. Sin embargo, no es necesariamente un problema el que no esté
todo el mundo de acuerdo sobre su definición. Quizás, Joseph Engelberg
(padre de la robótica industrial) lo resumió inmejorablemente cuando
dijo: "Puede que no se capaz de definirlo, pero sé cuándo veo uno".
La
imagen del robot como una máquina a semejanza del ser humano, subyace en
el hombre desde hace muchos siglos, existiendo diversas realizaciones
con este fin.
El ciudadano industrializado que vive a caballo entre el siglo XX y el
XXI se ha visto en la necesidad de emprender, en escasos 25 años, el
significado de un buen número de nuevos términos marcados por su alto
contenido tecnológico. De ellos sin duda el más relevante haya sido el
ordenador (computador).
Éste, está introducido hoy en día en su versión personal en multitud de
hogares, y el ciudadano medio va conociendo en creciente proporción,
además de su existencia, su modo de uso y buena parte de sus
posibilidades.
Pero dejando de lado esta verdadera revolución social, existen otros
conceptos procedentes del desarrollo tecnológico que han superado las
barreras impuestas por las industrias y centros de investigación,
incorporándose en cierta medida al lenguaje coloquial. Es llamativo como
entre éstas destaca el concepto robot.
Pero
el robot
industrial, que se conoce y emplea en nuestros días, no surge como
consecuencia de la tendencia o afición de reproducir seres vivientes,
sino de la necesidad. Fue la necesidad la que dio origen a la
agricultura, el pastoreo, la caza, la pesca, etc. Más adelante, la
necesidad provoca la primera revolución industrial con el descubrimiento
de la máquina de vapor de Watt y, actualmente, la necesidad ha cubierto
de ordenadores la faz de la tierra.
Inmersos en la era de la informatización, la imperiosa necesidad de
aumentar la productividad y mejorar la calidad de los productos, ha
hecho insuficiente la automatización industrial rígida, dominante en las
primeras décadas del siglo XX, que estaba destinada a la fabricación de
grandes series de una restringida gama de productos. Hoy día, más de la
mitad de los productos que se fabrican corresponden a lotes de pocas
unidades.
Al enfocarse la producción industrial moderna hacia la automatización
global y flexible, han quedado en desuso las herramientas, que hasta
hace poco eran habituales:
Finalmente, el resto de los robots instalados en 1979 se dedicaban al
montaje y labores de inspección. En dicho año, la industria del
automóvil ocupaba el 58% del parque mundial, siguiendo en importancia
las empresas constructoras de maquinaria eléctrica y electrónica. En
1997 el parque mundial de robots alcanzó la cifra de aproximadamente
830.000 unidades, de los cuales la mitad se localizaba en Japón.
¿Qué es un Robot?
Definición 1: Un aparato mecánico que se parece y hace el trabajo de un
ser humano. (Según el Oxford English Dictionary).
Definición 2: Un manipulador reprogramable y multifuncional concebido
para transportar materiales, piezas, herramientas, o dispositivos
especiales a través de movimientos programados variables para llevar a
cabo tareas diversas. (Según el Robot Institute of America/ [Schlussel,
85]). Mediatizado por antecesores como Teleoperadores y CNC3.
Definición 3: Una máquina que puede ser programada para realizar una
gran variedad de tareas, del mismo modo que un ordenador es un circuito
electrónico que puede ser programado para llevar a cabo diferentes
tareas. (Según [McKerrow, 86]).
Definición 4: Un agente artificial, activo, cuyo entorno es el mundo
físico. (Según [Rusell & Norvig, 96]). Definición 5: Un “robot
inteligente” es una criatura mecánica que puede funcionar de manera
autónoma. (Según [Murphy, 2000]).
Tipos de robot
Desde un punto de vista muy general los robots pueden ser de los
siguientes tipos:
Androides
Una visión ampliamente compartida es que todos los robots son
"androides". Los androides son artilugios que se parecen y actúan como
seres humanos.
Los robots de hoy en día vienen en todas las formas y
tamaños, pero a excepción de los robots que aparecen en las ferias y
espectáculos, no se parecen a las personas y por tanto no son androides.
Actualmente, los androides reales sólo existen en la imaginación y en
las películas de ficción.
Móviles
Los robots
móviles están provistos de patas, ruedas u orugas que los capacitan
para desplazarse de acuerdo a su
programación.
Elaboran la información
que reciben a través de sus propios sistemas de sensores y se emplean en
determinado tipo de instalaciones industriales, sobre todo para el
transporte de mercancías en cadenas de producción y almacenes.
También
se utilizan robots de este tipo para la investigación en lugares de
difícil acceso o muy distantes, como es el caso de la exploración
espacial y de las investigaciones o rescates submarinos.
Industriales
Los robots
industriales son artilugios mecánicos y electrónicos destinados a
realizar de forma automática determinados procesos de fabricación o
manipulación.
También reciben el nombre de robots algunos electrodomésticos capaces de
realizar varias operaciones distintas de forma simultánea o consecutiva,
sin necesidad de intervención humana, como los también llamados
«procesadores», que trocean los alimentos y los someten a las oportunas
operaciones de cocción hasta elaborar un plato completo a partir de la
simple introducción de los productos básicos.
Los robots industriales, en la actualidad, son con mucho los más
frecuentemente encontrados. Japón y Estados Unidos lideran la
fabricación y consumo de robots industriales siendo Japón el número uno.
Es curioso ver cómo estos dos países han definido al robot industrial:
-
La Asociación Japonesa de Robótica Industrial (JIRA): Los robots
son "dispositivos capaces de moverse de modo flexible análogo al que
poseen los organismos vivos, con o sin funciones intelectuales,
permitiendo operaciones en respuesta a las órdenes humanas".
-
El Instituto de Robótica de América (RIA): Un robot industrial
es "un manipulador multifuncional y reprogramable diseñado para
desplazar materiales, componentes, herramientas o dispositivos
especializados por medio de movimientos programados variables con el
fin de realizar tareas diversas".
La definición japonesa es muy amplia, mientras que la definición
americana es más concreta. Por ejemplo, un robot manipulador que
requiere un operador "mecánicamente enlazado" a él se considera como un
robot en Japón, pero no encajaría en la definición americana. Asimismo,
una máquina automática que no es programable entraría en la definición
japonesa y no en la americana. Una ventaja de la amplia definición
japonesa es que a muchos de los dispositivos automáticos cotidianos se
les llama "robots" en Japón. Como resultado, los japoneses han aceptado
al robot en su cultura mucho más fácilmente que los países occidentales,
puesto que la definición americana es la que es internacionalmente
aceptada.
Médicos
Los robots
médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos físicos que
se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de mando.
Con
ellos se logra igualar con precisión los movimientos y funciones de los
órganos o extremidades que suplen.
Teleoperadores
Hay muchos "parientes de los robots" que no encajan exactamente en la
definición precisa. Un ejemplo son los teleoperadores. Dependiendo de
cómo se defina un robot, los teleoperadores pueden
o no clasificarse como robots. Los teleoperadores se controlan
remotamente por un operador humano. Cuando pueden ser considerados
robots se les llama "telerobots". Cualquiera que sea su clase, los
teleoperadores son generalmente muy sofisticados y extremadamente útiles
en entornos peligrosos tales como residuos químicos y desactivación de
bombas.
Se puede concretar más, atendiendo a la arquitectura de los robots.
La arquitectura, definida por el tipo de configuración general del
robot, puede ser 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 efector
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 y algunos robots industriales, 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 la base.
Móviles
Cuentan con gran 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 cincuenta, fueron las
precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia
artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de
Stanford.
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
Estos intentan reproducir total o parcialmente la forma y el
comportamiento cinemático 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 .
Zoomórficos
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 numerosos y están siendo experimentados
en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de
verdaderos vehículos terrenos, pilotados o autónomos, capaces de
evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos
robots serán interesante en el campo de la exploración espacial y en el
estudio de los volcanes.
Híbridos
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, tiene 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.
Impacto de la robótica
La
Robótica es una nueva tecnología, que surgió como tal, hacia 1960. Han
transcurrido pocos años y el interés que ha despertado, desborda
cualquier previsión. Quizás, al nacer la Robótica en la era de la
información, una propaganda desmedida ha propiciado una imagen irreal a
nivel popular y, al igual que sucede con el microprocesador, la
mitificación de esta nueva maquina, que de todas formas, nunca dejara de
ser eso, una maquina.
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Impacto en la Educación
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El auge de la Robótica y la imperiosa necesidad de su implantación en
numerosas instalaciones industriales, requiere el concurso de un buen
número de especialistas en la materia. La Robótica es una tecnología
multidisciplinar. Hace uso de todos los recursos de vanguardia de otras
ciencias afines, que soportan una parcela de su estructura.
Destacan las siguientes:
Realmente la Robótica es una combinación de todas las disciplinas
expuestas, más el conocimiento de la aplicación a la que se enfoca, por
lo que su estudio se hace especialmente indicado en las carreras de
Ingeniería Superior y Técnica y en los centros de formación profesional,
como asignatura practica. También es muy recomendable su estudio en las
facultades de informática en las vertientes dedicadas al procesamiento
de imágenes, inteligencia artificial, lenguajes de robótica,
programación de tareas, etc.
Finalmente, la Robótica brinda a investigadores y doctorados un vasto y
variado campo de trabajo, lleno de objetivos y en estado inicial de
desarrollo.
La abundante oferta de robots educacionales en el mercado y sus precios
competitivos, permiten a los centros de enseñanza complementar un
estudio teórico de la Robótica, con las prácticas y ejercicios de
experimentación e investigación adecuados.
Una formación en robótica localizada exclusivamente en el control no es
la más útil para la mayoría de los estudiantes, que de trabajar con
robots lo harán como usuarios y no como fabricantes. Sin embargo, no hay
que perder de vista que se esta formando a ingenieros, y que hay que
proveerles de los medios adecuados para abordar, de la manera más
adecuada, los problemas que puedan surgir en el desarrollo de su
profesión.
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Impacto en la automatización
industrial |
El concepto que existía sobre automatización
industrial se ha modificado profundamente con la
incorporación al mundo del trabajo del robot, que introduce el nuevo
vocablo de "sistema de fabricación flexible", cuya principal
característica consiste en la facilidad de adaptación de este núcleo de
trabajo, a tareas diferentes de producción.
Las células flexibles de producción se ajustan a necesidades del mercado
y están constituidas, básicamente, por grupos de robots, controlados por
ordenador. Las células flexibles disminuyen el tiempo del ciclo de
trabajo en el taller de un producto y liberan a las personas de trabajos
desagradables y monótonos.
La interrelación de las diferentes células flexibles a través de
potentes computadores, dará lugar a la factoría totalmente automatizada,
de las que ya existen algunas experiencias.
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Impacto en la competitividad
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La adopción de la automatización parcial y global de la fabricación, por
parte de las poderosas compañías multinacionales, obliga a todas las
demás a seguir sus pasos para mantener su supervivencia.
Cuando el grado de utilización de maquinaria sofisticada es pequeño, la
inversión no queda justificada.
Para poder compaginar la reducción del
número de horas de trabajo de los operarios y sus deseos para que estén
emplazadas en el horario normal diurno, con el empleo intensivo de los
modernos sistemas de producción, es preciso utilizar nuevas técnicas de
fabricación flexible integral.
El mantenimiento de las empresas y el consiguiente aumento en su
productividad, aglutinan el interés de empresarios y trabajadores en
aceptar, por una parte la inversión económica y por otra la reducción de
puestos de trabajo, para incorporar las nuevas tecnologías basadas en
robots y computadores.
Las ventajas de los modernos elementos productivos, como la liberación
del, hombre de trabajos peligrosos, desagradables o monótonos y el
aumento de la productividad, calidad y competitividad, a menudo, queda
eclipsado por el aspecto negativo que supone el desplazamiento de mano
de obra, sobre todo en tiempos de crisis.
Este temor resulta infundado
si se analiza con detalle el verdadero efecto de la robotización.
En el caso de España en 1998 existían aproximadamente 5000 robots
instalados, lo que supone la sustitución de 10000 puestos de trabajo.
El
desempleo generado quedará completamente compensado por los nuevos
puestos de trabajo que surgirán en el sector de la enseñanza, los
servicios, la instalación, mantenimiento y fabricación de robots, pero
especialmente por todos aquellos que se mantendrán, como consecuencia de
la revitalización y salvación de las empresas que implanten los robots.
¿Qué esperamos?
En las historias de robots de Isaac Asimov, éste prevé un mundo futuro
en el que existen reglas de seguridad para que los robots no puedan ser
dañinos para los seres humanos. Por tal razón Asimov propuso las
siguientes tres leyes de la robótica:
1ª.- Un robot no puede dañar a un ser humano o, a través de la inacción,
permitir que se dañe a un ser humano.
2ª.- Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos,
excepto cuando tales órdenes estén en contra de la primera ley.
3ª.- Un robot debe proteger su propia existencia siempre y cuando esta
protección no entre en conflicto con la primera y segunda ley.
Sin llegar a la ciencia-ficción, por ahora nos gustaría que los robots
tuvieran las siguientes características:
-
Autónomos, que pudiesen desarrollar su tarea de forma
independiente.
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Fiables, que siempre realizasen su tarea de la forma esperada.
-
Versátiles, que pudiesen ser utilizados para varias tareas sin
necesidad de modificaciones en su control.
