Robots: de la automatización industrial a la realidad virtual

Escuchar la palabra robot en nuestros días resulta muy familiar, y lo primero que se viene a la mente, en la mayoría de los casos, es la figura de un humanoide mecánico-electrónico que habla, camina, corre y resuelve tareas de forma semejante a un ser humano lo haría, incluso con una destreza mayor en cuanto a precisión y rapidez. Esta figura de robot ha sido muy difundida en novelas, dibujos animados y películas de ciencia ficción futuristas; sin embargo, lograr tales capacidades para un robot humanoide es un tema de estudio y reto actual para científicos e ingenieros tanto de la iniciativa privada como de diferentes universidades y centros de investigación de todos los continentes.

Realidad virtual, imagen tomada de http://s.libertaddigital.com/fotos/noticias/sam- sung-gear-vr.jpg

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La robótica es una ciencia multidisciplinaria y su desarrollo está impulsado y limitado por el avance en otros campos de estudio de las ciencias e ingenierías, como la física de sensores, la electrónica, la mecánica, ciencias del control, comunicaciones, matemáticas, computación e inteligencia artificial, entre otros. Para promover el avance de la robótica, sociedades de ingenieros en conjunto con universidades nacionales e internacionales, organizan eventos y concursos para el diseño de diferentes tipos de robots: brazos, humanoides, móviles terrestres y acuáticos. Por ejemplo, existen concursos de humanoides y robots con ruedas que juegan futbol, vehículos autónomos con capacidad de navegación en todo terreno y de rescate de personas en ambientes de desastres naturales, vehículos submarinos autónomos para exploración, así como brazos capaces de realizar una tarea de manufactura de forma autónoma.

Precisamente, el brazo robot manipulador o simplemente robot manipulador, es el tipo de robot que más avances tiene y que ha impulsado la economía mundial por su importancia en la industria de manufactura. La mayoría de las empresas que realizan producción en serie emplean este tipo de dispositivos cuando se requiere de precisión milimétrica y velocidad para ejecutar una tarea, y en consecuencia, aumentar su volumen de producción. La industria automotriz es la que tiene mayor inversión económica en la adquisición y empleo de robots manipuladores. ¡Tal eficiencia tienen estos dispositivos que algunas armadoras de autos llegan a fabricar un automóvil completo por cada minuto de trabajo!

Aunque en 1920 Karel Capek introdujo el término robot en su novela Russum’s Universal Robots para denominar a unos humanoides mecánicos esclavos (robota, trabajo forzado en checo), el Robot Institute of America (RIA) en 1980 estableció una definición para el robot industrial: un robot es un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos programados para la ejecución de una variedad de tareas. Esta definición reflejaba (y aún lo hace) el estado actual de la robótica, ya que para esa fecha existían grandes avances en robótica industrial: el robot Unimate de General Motors, el robot Standford de la Universidad de Standford, el robot IRB6 de ABB, el robot Famulus de KUKA Robotics y el robot PUMA de Unimation, entre otros. En nuestros días, algunas de estas empresas fabricantes de robots manipuladores fueron absorbidas por otras empresas, algunas se mantienen vigentes y otras nuevas han surgido, por ejemplo Fanuc Robotics y Adept Technology Inc, entre otras.

Robot KR AGILUS de KUKA Robotics, imagen tomada de http://mms.businesswire.com/media/20150320005019/en/458295/5/KR_Agilus_R_7 00_sixx__rechts_29298f2.jpg

Robot KR AGILUS de KUKA Robotics, imagen tomada de http://mms.businesswire.com/media/20150320005019/en/458295/5/KR_Agilus_R_7 00_sixx__rechts_29298f2.jpg

Además de la producción en serie, fueron concebidas otras aplicaciones para el empleo de los manipuladores industriales como la telemanipulación, también conocida como teleoperación. Esta consiste en manipular un robot industrial a distancia para evitar la presencia de una persona en ambientes hostiles o de peligro para su salud, como en el manejo de sustancias tóxicas, materiales a altas temperaturas o entornos inaccesibles para un humano, como puede ser una zona de derrumbe o radiactiva. En el campo de la teleoperación se dice que el humano realiza la función del maestro mediante alguna herramienta de control y el robot industrial es un dispositivo esclavo, ya que ejecuta los movimientos que determina el maestro.

En las investigaciones realizadas en el campo de la teleoperación se determinó que para lograr un mejor desempeño en la tarea de manipulación a distancia era necesario que el humano tuviese retroalimentación de información táctil, en otras palabras, que sienta lo que sucede en el entorno remoto al momento de realizar la tarea a distancia. Para lograr esto era necesario que la operación no fuera controlada con palancas y botones, sino con un dispositivo que permitiera generar la sensación de fuerzas en la mano maestra. En la década de los 50 surgió el primer dispositivo que cumplía con este propósito: el manipulador háptico. Sin embargo, es hasta las décadas de los 90’s y 00’s cuando se desarrollan los manipuladores hápticos de carácter comercial y con ello su difusión masiva, por ejemplo, el dispositivo Geomagic Touch (antes conocido como Phantom Omni).

El término háptico está relacionado con el concepto de sentir o tocar (haptesthai, en griego). Este término es usado en diferentes tecnologías, por ejemplo, en telefonía celular se refiere a la sensación de vibración al tocar un botón en la pantalla táctil. En el caso de los manipuladores hápticos se refiere a la capacidad de sentir lo que sucede en un entorno remoto, como en la telemanipulación: cuando el robot esclavo realiza contacto con el entorno, el robot háptico permite la sensación de límites virtuales en el espacio tridimensional del robot maestro. Sin embargo, ésta no es la única aplicación que se le ha dado al manipulador háptico, ya que no necesariamente el entorno que puede sentirse tiene que ser el físicamente remoto, sino que puede ser totalmente virtual, es decir, un entorno programado en computadora que tiene propiedades físicas como por ejemplo rigidez o viscosidad y una figura geométrica bien definida. En este caso representa la parte táctil de una simulación por realidad virtual y sus aplicaciones son muy diversas.

En la industria de la manufactura, el manipulador háptico se utiliza como un tipo de mouse tridimensional para interactuar con entornos de diseño CAD, donde es posible manipularlos y sentirlos, aunque también es utilizado en sistemas de entrenamiento para ensamble de piezas. La medicina es otro campo que se ha beneficiado de esta tecnología, ya que se desarrollan sistemas de simulación por realidad virtual para el entrenamiento en cirugías o para la rehabilitación asistida por robots, así como también quirófanos robotizados (robot DaVinci). Además de los avances en materias de ciencia e ingeniería, el manipulador háptico ha llegado a los hogares a través de la industria del entretenimiento. Por ejemplo, se puede mencionar el manipulador Falcon de Novint, el cual se utiliza principalmente como un control tridimensional con capacidad de retorno de fuerza en los videojuegos, y se puede percibir por ejemplo, la “patada” al disparar un arma de fuego en un simulador tipo shooter.

iescd.chavez@gmail.com