Robótica
Introducción
La robótica
es un concepto de
dominio
publico. La mayor parte de la gente tiene una idea de lo que es
la robótica,
sabe sus aplicaciones y el potencial que tiene; sin embargo, no
conocen el origen de la palabra robot, ni tienen idea del origen
de las aplicaciones útiles de la robótica como
ciencia.
La robótica como hoy en día la conocemos,
tiene sus orígenes hace miles de anos. Nos basaremos en
hechos registrados a través de la historia, y comenzaremos
aclarando que antiguamente los robots eran conocidos con el
nombre de autómatas, y la robótica no era
reconocida como ciencia, es
mas, la palabra robot surgió hace mucho después del
origen de los autómatas.
Desde el principio de los tiempos, el hombre ha
deseado crear vida artificial. Se ha empeñado en dar vida
a seres artificiales que le acompañen en su morada, seres
que realicen sus tareas repetitivas, tareas pesadas o
difíciles de realizar por un ser humano. De acuerdo a
algunos autores, como J. J. C. Smart y Jasia Reichardt,
consideran que el primer autómata en toda la historia fue Adán
creado por Dios. De acuerdo a esto, Adán y Eva son los
primero autómatas inteligentes creados, y Dios fue quien
los programó y les dio sus primeras instrucciones que
debieran de seguir. Dentro de la mitología
griega se puede encontrar varios relatos sobre la
creación de vida artificial, por ejemplo, Prometeo creo el
primer hombre y la
primer mujer con barro y
animados con el fuego de los cielos. De esta manera nos damos
cuenta de que la humanidad tiene la obsesión de crear vida
artificial desde el principio de los tiempos. Muchos han sido los
intentos por lograrlo.
Los hombres creaban autómatas como un pasatiempo,
eran creados con el fin de entretener a su dueño. Los
materiales que
se utilizaban se encontraban al alcance de todo el mundo, esto
es, utilizaban maderas resistentes, metales como el cobre y
cualquier otro material moldeable, esto es, que no necesitara o
requiriera de algún tipo de transformación para
poder ser
utilizado en la creación de los
autómatas.
Estos primeros autómatas utilizaban,
principalmente, la fuerza bruta
para poder realizar
sus movimientos. A las primeras maquinas herramientas
que ayudaron al hombre a
facilitarle su trabajo no se les daba el nombre de
autómata, sino más bien se les reconocía
como artefactos o simples maquinas.
La robótica es la rama de la tecnología que se dedica al diseño, construcción, operación, disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots.1 2
La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la física.3 Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los autómatas programables, la animatrónica y las máquinas de estados.
El término robot se popularizó con el éxito de la obra R.U.R. (Robots Universales Rossum), escrita por Karel Čapek en 1920. En la traducción al inglés de dicha obra, la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al inglés como robot.4
Historia de la robótica
La historia de la robótica va 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 automóvil mediante telegrafía sin hilo,[cita requerida] 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.
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.
El sistema de mano robótica
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.
Fecha | Importancia | Nombre del robot | Inventor |
---|---|---|---|
Siglo I a. C. y antes | Descripciones de más de 100 máquinas y autómatas, incluyendo un artefacto con fuego, un órgano de viento, una máquina operada mediante una moneda, una máquina de vapor, en Pneumatica y Autómata de Herón de Alejandría | Autómata | Ctesibio de Alejandría, Filón de Bizancio, Herón de Alexandria, y otros |
c. 1495 | Diseño de un robot humanoide | Caballero mecánico | Leonardo da Vinci |
1738 | Pato mecánico capaz de comer, agitar sus alas y excretar. | Digesting Duck | Jacques de Vaucanson |
1800s | Juguetes mecánicos japoneses que sirven té, disparan flechas y pintan. | Juguetes Karakuri | Hisashige Tanaka |
1921 | Aparece el primer autómata de ficción llamado "robot", aparece en R.U.R. | Rossum's Universal Robots | Karel Čapek |
1930s | Se exhibe un robot humanoide en la Exposición Universal entre los años 1939 y 1940 | Elektro | Westinghouse Electric Corporation |
1942 | La revista Astounding Science Fiction publica "Círculo Vicioso" (Runaround en inglés). Una historia de ciencia ficción donde se da a conocer las Tres leyes de la robótica | SPD-13 (apodado "Speedy") | Isaac Asimov |
1948 | Exhibición de un robot con comportamiento biológico simple5 | Elsie y Elmer | William Grey Walter |
1956 | Primer robot comercial, de la compañía Unimation fundada por George Devol y Joseph Engelberger, basada en una patente de Devol6 | Unimate | George Devol |
1961 | Se instala el primer robot industrial | Unimate | George Devol |
1963 | Primer robot "palletizing"7 | ||
1973 | Primer robot con seis ejes electromecánicos | Famulus | KUKA Robot Group |
1975 | Brazo manipulador programable universal, un producto de Unimation | PUMA | Victor Scheinman |
1982 | El robot completo (The Complete Robot en inglés). Una colección de cuentos de ciencia ficción de Isaac Asimov, escritos entre 1940 y 1976, previamente publicados en el libro Yo, robot y en otras antologías, volviendo a explicar las tres leyes de la robótica con más ahínco y complejidad moral. Incluso llega a plantear la muerte de un ser humano por la mano de un robot con las tres leyes programadas, por lo que decide incluir una cuarta ley "La ley 0 (cero)" | Robbie, SPD-13(Speedy), QT1(Cutie), DV-5(Dave), RB-34(Herbie), NS-2(Nestor), NDR (Andrew), Daneel Olivaw | Isaac Asimov |
2000 | Robot Humanoide capaz de desplazarse de forma bípeda e interactuar con las personas | ASIMO | Honda Motor Co. Ltd |
Tipos de robots
Según su cronología
La que a continuación se presenta es la clasificación más común:
- 1.ª Generación.
Manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.
- 2.ª Generación.
Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos que ha
sido ejecutada previamente por un operador humano. El modo de hacerlo es
a través de un dispositivo mecánico. El operador realiza los
movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza.
- 3.ª 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.
- 4.ª 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 estructura
La estructura, es 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 efecto 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.
- 1. Poliarticulados
En este grupo
se encuentran 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, los Robots industriales, los
Robots cartesianos 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 el suelo.
- 2. Móviles
Son Robots 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. 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.
- 3. Androides
Son Robots que 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.
- 4. 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. Los experimentos
efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados
axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación.
Los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numerosos y están
siendo objeto de experimentos en diversos laboratorios con vistas al
desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, piloteados o
autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las
aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la
exploración espacial y en el estudio de los volcanes.
- 5. Híbridos
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, es al mismo tiempo, uno de los
atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos.
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