Robótica

Robótica

Resumen: En este artículo tratará sobre los robots, se explicarán algunos términos necesarios, se hará un poco de historia respecto al tema, se citaran las 5 leyes de la robótica, los tipos de robots que existen, incluyendo las distintas dimensiones que pueden alcanzar. También se investigará sobre los lenguajes de programación y las características deben tener para que sean útiles a los robots. Las proyecciones futuras para estas máquinas.

Summary: This article will treat robots, some necessary terms will be explained, it will be a little background on the issue, be cited 5 Laws of Robotics, the robot types that exist, including the various dimensions that can reach. It will also investigate on programming languages and characteristics should be useful for robots. Future projections for these machines.

Palabras Claves: Robots, Programación, robótica, Nanorobots, lenguajes de Programación.

El trabajo como categoría desarrollo al hombre, y su importancia evolutiva queda claramente demostrada en la historia humana, pero no es menos cierto que hay muchos trabajos que no nos gusta realizar, sea ya por ser aburrido o bien peligroso. En una etapa del desarrollo humano la solución más práctica fue obligar a esclavos para que lo hicieran.

Con el desarrollo científico técnico surgen nuevas ideas los robots, ideales para trabajos que requieren movimientos repetitivos y precisos. Los humanos necesitan descansos, salarios, comida, dormir, y una área segura para trabajar, los robots no. La fatiga y aburrimiento de los humanos afectan directamente a la producción de una compañía, los robots nunca se aburren.

Para entender algo de este maravilloso mundo se hará un viaje desde sus orígenes, algo acerca de su historia y desarrollo, como se programan, que leyes se deben respetar y que se espera de ellos en el futuro.

Esta ciencia concentra 3 áreas de estudio: la mecatrónica, la física y las matemáticas como ciencias básicas y su campo de estudio es 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, aunque en realidad es una ciencia pluridisciplinaria.

El surgimiento de la palabra robótica ocurre en Checoslovaquia, es en la unión de dos términos: robota que se define como “trabajo forzado” y en rabota que es sinónimo de “servidumbre”.
Los primeros Robots no fueron muy avanzados.

El desarrollo tecnológico, principalmente la de la computación y la programación ha ido permitiendo la construcción de circuitos más complejos, con una mayor capacidad de autorreflexión.

Los sistemas aplicados a la Robótica deben ser flexibles, versátiles y polivalentes, ya que utilizan de estructuras mecánicas y de métodos de control y percepción muy específicos. Pero, algunas cosas que sencillas para los humanos, como caminar, correr o coger un objeto sin romperlo, requieren una potencia de cálculo que no está disponible todavía para los Reboses.
Algunos robots que han pasado a la historia:

• El monje cibernético, primer autómata digno de mención que simula la figura de un monje de la época.
• El pato que evacuaba, construido en cobre puro y duro, no sólo graznaba, se bañaba y bebía agua sino que comía grano, lo digería y, aún no contento, lo evacuaba.
• La muñeca escribana, la aplicada máquina, de apariencia femenina, podía escribir en inglés y francés y además hasta dibujaba paisajes.

En relación a los aspectos legales sobre su funcionamiento podemos aclarar que primero existían tres leyes de la robótica de Isaac Asimov. Después el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas junto con el Consejo de Investigación de Artes y Humanidades de Gran Bretaña crearon un conjunto de 5 principios éticos y morales para los diseñadores, constructores y usuarios de los robots.

1. Los robots no deben ser diseñados exclusivamente o principalmente para matar o dañar humanos.
2. Los seres humanos son los responsables, no los robots. Ellos son herramientas diseñadas para cumplir con los objetivos de los humanos.
3. Los robots deben ser diseñados de tal forma que aseguren su protección y seguridad.
4. Los robots son objetos, no deben ser diseñados para evocar una respuesta emocional. Siempre debe ser posible diferenciar a un robot de un ser humano.
5. Debe ser siempre posible averiguar quién es el responsable y dueño legal del robot.

Existe máquinas llamadas Autómatas Programables están muy relacionadas con el mundo de los robots, pero que no pueden confundirse con ellos ya que son diferentes. Un Autómata Programable es cualquier máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real un proceso, ellas carecen de inteligencia y reacciona exactamente igual ante sucesos iguales. Un autómata forme parte de un sistema robotizado, controlan las señales del proceso y dirigiendo las actuaciones del brazo manipulador. Estos robots son completamente mecánicos en sus acciones y, por supuesto, nada inteligentes.

Clasificación de los robots, según Sus Componentes:

• 1ª Generación. Manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control.
• 2ª Generación. Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano 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.

Según su arquitectura:

• Poliarticulados, dentro de los que encontramos robots industriales, cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada.
• Móviles, con grandes capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante, aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación, pueden llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia.
• Androides, 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.
•  Zoomórficos, caracterizados principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos. Las aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.
• Híbridos, de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición.

Por su propósito o función:

• Industriales
• Personales, Educativos
• Militares, vehículos autónomos

Los robots pueden ser grandes o  pequeños a escalas manométricasas, gracias a los nanocables y a los nanotubos de carbono que son estructuras moleculares con propiedades eléctricas u ópticas, que se emplean como semiconductores o diodos emisores de luz (LEDs). Estas fibras generan cargas eléctricas a partir del movimiento de ahí que ofrezcan múltiples aplicaciones, como ropa inteligente luminiscente o paneles fotovoltaicos, ya que estos diminutos pelos supondrían una mayor superficie captadora de radiación solar.

Unos nanorobots con ADN insertado capaces de realizar tareas complejas a escala microscópica fueron construidos y programados por científicos ingleses, con futuras aplicaciones en varios campos desde la ingeniería industrial a la medicina. Compuesto por tres patas con enzimas de ADN, es capaz además, de dividir una secuencia genética determinada o ensamblar todo tipo de moléculas. Estos tipos de robots tan especiales pueden se inyectados en el cuerpo humano para combatir, desde dentro, un tumor, a base de perseguir y destruir todas las células cancerosas que encuentre en el organismo. También luchar contra Virus o Bacterias o detectar anomalías funcionales.

Otros podrán, en un futuro próximo, poner a punto materiales más resistentes o diseñados para resistir en cualquier tipo de entorno o condiciones. Y otros se encargarán de construir piezas electrónicas de una precisión y eficacia imposible de conseguir por medio de las técnicas actuales de fabricación.
Pero algo que hace a los robots inteligentes es la información que captan los sensores y a la programación que se hace con esta información, pero un lenguaje de programación debe reunir determinadas características para que sea útil a los robots.
Al igual que nuestro cerebro envía impulsos nerviosos a nuestros músculos para que éstos se muevan, el robot requiere que una computadora central decida qué pasos hay que seguir para llevar a cabo una tarea concreta.

De forma general existen características básicas de un lenguaje ideal:

• Claridad y sencillez.
• Claridad de la estructura del programa.
• Sencillez de aplicación.
• Facilidad de ampliación.
• Facilidad de corrección y mantenimiento.
• Eficacia.

Estas características son insuficientes para la creación de un lenguaje «universal» de programación en la robótica, por lo que es preciso añadir las siguientes:

•  Transportabilidad sobre cualquier equipo mecánico o informático.
•  Adaptabilidad a sensores (tacto, visión, etc.).
•  Posibilidad de descripción de todo tipo de herramientas acoplables al manipulador.
•  Interacción con otros sistemas.

La espina dorsal del robot son los reguladores. Dependiendo del actuador utilizado, el control se realizará a través de un programa o bien mediante programa y circuitos a la vez. Pero no sólo es importante que el manipulador alcance determinados puntos del espacio, sino que lo haga en el momento adecuado. Así, es preciso distinguir entre:

•  Camino, sucesión de puntos del espacio.
•  Trayectoria, camino sujeto a condiciones temporales.

Clasificación de los lenguajes. Métodos de programación
En función de la sintaxis del lenguaje y de su complejidad se pueden distinguir tres tipos:

• Secuenciadores de instrucciones. Almacenan una secuencia de posiciones y de acciones (por ejemplo, la apertura o cierre de la pinza de un manipulador), para repetirla posteriormente en un orden prácticamente fijo.
• Lenguajes específicos para robots. Diseñados normalmente por cada firma comercial para sus robots, teniendo en cuenta únicamente sus propios sensores y actuadores.
• Extensiones de lenguajes clásicos. Se trata de módulos de ampliación específicos para el manejo de sensores y actuadores, desarrollados para lenguajes de propósito general como C, PASCAL o BASIC, que conservan la sintaxis general y los métodos de control de flujo de los mismos.

Algunos Lenguajes de Programación para la Robótica

1. Golog, permite razonamiento y aprendizaje para un robot, mezcla resolución deliberativa de problemas (planificación) y la especificación directa de control reactivo.
2.  VAL, diseñado para robots UNIMATE PUMA en 1979 por ADEPT, da énfasis en movimientos primitivos (coordenadas articulares o cartesianas), posee aumento de operaciones con sensores poco complejos, mantiene pocas posibilidades a programación offline y de comunicarse con otras computadoras. Incapacidad de realizar cálculos aritméticos complejos para su uso en ejecución de programa.
3.  V+, mejora al lenguaje Val II, entra en categoría de segunda generación de lenguajes de programación de robots industriales, en la actualidad se usa en marcas de robots industriales, tiene comandos como: abort, call, case, do, for, if…goto, if…then, lock, pause, return, stop, wait, y Funciones lógicas como: false, true, on, off y otras de tipo numéricos y tipo string. Proporciona buena documentación, diseño ordenado y coherente del programa. Se pueden mejorar, ampliar y modificar con poco esfuerzo y añadir nuevos periféricos, redes, etc., Se pueden desarrollar en computadoras y luego introducirlo en el controlador. Los programas pueden ser escritos offline. Se puede ejecutar los diferentes programas al mismo tiempo.
4.  AL, trata de proporcionar definiciones acerca de los movimientos relacionados con los elementos sobre los que el brazo trabaja. Fue diseñado por el laboratorio de Inteligencia Artificial de la Universidad de Stanford, con estructuras de bloques y de control similares al ALGOL, lenguaje en el que se escribió. Está dedicado al manipulador de Stanford, utilizando como procesadores centrales, a un PDP 11/45 y un PDP KL-10.
5. MCL, lo creó la compañía MC DONALL DOUGLAS, como ampliación de su lenguaje de control numérico APT. Es un lenguaje compilable que se puede considerar apto para la programación de robots «off-line».
6. TRIPS, Fue diseñado, para el robot móvil SHAKEY. Se basa en un modelo del universo ligado a un conjunto de planteamientos aritméticológicos que se encargan de obtener las subrutinas que conforman el programa final.
7. RLC, aplicado al robot PACS. Es del tipo intérprete y está escrito en Ensamblador.
8. RPL, dotado con un LSI-II como procesador central, y aplicado a los robots
9. PUMA, ha sido diseñado por SRI INTERNATIONAL.
10. PBASIC, basado del lenguaje BASIC, fue desarrollado por Parallax, Inc para su uso en los microcontroladores creados por la compañía. Después de escribir el código, se carga en el EEPROM del microcontrolador.
11. RAIL, lenguaje de alto nivel desarrollado por Automatix Inc en 1981 para el control de los sistemas Cybervision, Autovision, y Robovision. Ofrece comandos y parámetros para acercamiento y alejamiento de un robot en movimiento, permite al robot usar interfaz externa y expresiones comparativa, aritmética y lógica.
12. ROBOTC, es un lenguaje de programación para el desarrollo de robótica educativa y concursos. ROBOT C es un lenguaje de programación basado en C, con un entorno de desarrollo fácil de usar.
13. URBI, El desarrollo de aplicaciones en los campos de la robótica y los sistemas complejos. Urbi se compone de una arquitectura de componentes C++ distribuidos llamada UObject y de urbiscript, un lenguaje interpretado, concurrente y dirigido por eventos
14. Maple, escrito, como interprete, en lenguaje pl-1, por IBM para el robot de la misma empresa, tiene capacidad para soportar informaciones de sensores externos. Utiliza como CPU a un IBM370/ 145 SYSTEM 7.
15. Assembly o Lenguaje Ensamblador, es un lenguaje de programación de bajo nivel, implementa una representación simbólica de los códigos de máquina binarios y otras constantes necesarias para programar una arquitectura dada de CPU.
16. LAMA Procede del laboratorio de Inteligencia Artificial del MIT, para el robot SILVER, orientándose hacia el ajuste de conjuntos mecánicos.
17. ANORAD Se trata de una transformación de un lenguaje de control numeración de la casa ANORAD CORPORATION, utilizado para robot ANOMATIC. Utiliza como procesador, al microprocesador 68000 de Motorola de 16/32 bits.
18. RAPID, creado en 1994 por ABB, presenta una funcionalidad que aparece en otros lenguajes de programación de alto nivel, ha sido diseñado especialmente para controlar robots.

Veamos la repercusión que tiene el tema en el ámbito noticioso:

• Un Sistema robótico Da Vinci ha puesto en la vanguardia a la especialidad de Urología realizando Intervenciones de enfermería.ç
• El Museo Nacional de la Ciencia y la Tecnología de Milán, Italia, emitió un comunicado oficial el cual informa que un androide con las facciones de Leonardo Da Vinci (1452-1519), que se mueve y pronuncia frases extraídas de los manuscritos del genio renacentista, será capaz de interactuar con las personas de manera similar a un ser humano. Creado por el Departamento de robótica y neurociencia cognitiva de la Universidad de Osaka (Japón).
• Un robot de forma tubular inició la exploración del interior del reactor uno de la planta nuclear japonesa de Fukushima, con el propósito de verificar el estado del combustible en el interior de la vasija de contención. Si la operación es exitosa, los técnicos de Tokyo Electric Power (Tepco) lograrían por primera vez desde el accidente de 2011 observar cómo se encuentra el óxido de uranio fundido en su interior, algo imposible hasta ahora debido a los altos índices de radiación.
• La NASA crea un nuevo robot diseñado para explorar restos volcánicos tanto en la Tierra como en diferentes planetas y lunas del Sistema Solar, lo que permitirá entender mejor el mecanismo y el origen de las erupciones.
• La Universidad Jiujiang, de la provincia china de Jiangxi fue cede de la primera clase impartida por una profesora robot, informó este jueves el portal de noticias China.org. Xiaomei («Hermosita»), como se llama la robótica docente, impartió la lección con una presentación de PowerPoint, al tiempo que gesticulaba con sus brazos articulados y se desplazaba por el aula universitaria.

• Se abre un hotel totalmente atendido por robots en Japón: un lujoso espacio en donde la tecnología es el principal protagonista, pues los robots atenderán a los huéspedes, serán capaces de establecer contacto visual con los huéspedes, entender lenguaje corporal y hablar chino, japonés, coreano e inglés. Además, una vez reservada la habitación, otro robot subirá sus maletas, mientras que los restantes humanoides se dedicarán a limpiar las habitaciones, llevar el almuerzo, etc.
• Siguiendo esta línea, la Facultad de Matemática-Computación de la Universidad de La Habana (MATCOM), en colaboración con otros centros cubanos de altos estudios como el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE) y el Instituto Superior de Diseño (ISDI), desarrolla un proyecto de Robótica Móvil de Bajo Costo. Durante la Jornada Científica MATCOM 2014, evento que fomenta la innovación en estudiantes y profesores de esta Facultad, fueron expuestos tres de los prototipos que desarrolla actualmente un equipo de investigación de este centro. Utilizando una placa Raspberry Pi (“cerebro” del robot), se programaron tres dispositivos no manufacturados para cumplir diferentes funcionalidades, entre ellas evitar obstáculos, seguir variaciones de luz y reaccionar a la voz humana.

Steve Wozniak, uno de los fundadores de Apple, ha dicho que en cientos de años los robots superinteligentes van a conquistar el mundo y con ello mantendrán a los humanos como mascotas. Jocosamente juega con esta idea y se dispone a cuidar muy bien a su mascota. Esta declaración tuvo lugar ante una audiencia de 2.500 personas en el Teatro Moody en Austin, en Texas (EE.UU.), según informa el portal ’Tech Republic’. Su discurso fue parte del foro Freescale Technology 2015.
Wozniak es conocido por referirse a la inteligencia artificial como “nuestra mayor amenaza existencial”. Dicha preocupación es compartida por algunos expertos informáticos, inventores y científicos, incluyendo a Elon Musk, BillGates y Stephen Hawking. También preocupa a organizaciones como la ONU, que a dejado claro que el uso de robots militares que abran fuego sin ningún tipo de control humano debe ser asumido como actividad ilegal.
Se espera que el continuo aumento de la potencia de los ordenadores y las investigaciones en inteligencia artificial, visión artificial y otras ciencias paralelas nos permitan acércanos un poco más cada vez a los milagros soñados por los primeros ingenieros y también a los peligros que nos adelanta la ciencia ficción. Depende una vez más de la voluntad humana hacer el bien.

En conclusión, la robótica es una ciencia muy completa. Un robot necesita de la de informática para programarlo, de la microtecnología, de física para poder calcular cuáles serán sus limitaciones y capacidades a la hora de levantar pesos y transportar objetos, de las telecomunicaciones si requieren control remoto o comunicarse entre ellos, de electrónica para establecer toda su instalación eléctrica, de la nanotecnología, etc. Por lo que implica la utilización de un amplio número de profesionales. También para su uso correcto es imprescindible que estos profesionales estén comprometidos con causas justas y que posean elevados valores humanos.
Sería muy bueno motivar, con la lectura de este artículo, a estudiantes que serán futuros hombres de ciencia y que tendrán la responsabilidad de llevar adelante el futuro de la patria. Desde el 15 de enero de 1960 se reconoce esta realidad en discurso pronunciado por el Comandante Fidel Castro Ruz, en el acto celebrado por la Sociedad Espeleológica de Cuba, en la Academia de Ciencias, donde expreso:

¨El futuro de nuestra Patria tiene que ser necesariamente un futuro de hombres de ciencia¨

Fuentes Consultadas

Definición de Robótica [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://definicion.de/robotica/

Nanorobótica [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en www.ecured.cu/nanorobótica

Primeros Nanorobots de ADN[en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://informatica.cubaeduca.cu/index.php?option=com_content&view=article&id=5474:primeros-nanobots-de-adn&catid=343&Itemid=184

Monografías, Robótica [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en www.monografias.com./robótica

Revurologia [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://www.revurologia.sld.cu/index.php/rcu/article/view/

Radio Habana Cuba [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://www.radiohc.cu/interesantes/miscelanea/67857-interactuara-con-personas-robot-creado-con-facciones-de-da-vinci

Davison Cubava [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://davidson.cubava.cu/2015/02/12/el-futuro-llego-abren-un-hotel-totalmente-atendido-por-robots-en-japon/
Cubadebate Noticias [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://www.cubadebate.cu/noticias/2015/06/26/cofundador-de-apple-los-robots-nos-mantendran-como-mascotas/#.VieHJ3ZsS1s
Slideshare, Lenguajes de Programación [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://es.slideshare.net/Slodnulius/lenguajes-de-programacin-en-la-robotica
Granma, Fidel en 1960 [en línea]. [Consultado el 26 de Octubre 2015]. Disponible en http://www.granma.cu/granmad/secciones/fidel_en_1959/fidel_en_1960/art-001.html