La robótica es una rama de la tecnología que ha tenido un acelerado crecimiento en los últimos años y ha mejorado nuestra vida diaria por la gran cantidad de servicios en los que está presente, pero lo más asombroso es que es un área muy compleja por la gran cantidad de disciplinas de las que se sirve; sin embargo, en esa misma diversidad muchas actividades que empiezan como un juego armando pequeños mecanismos o mejorando la potencia de un móvil y hasta realizar videojuegos, son la parte medular de la robótica.
Imagen tomada de http://news.vanderbilt.edu/vanderbiltmagazine/wp-content/uploads/RobotEvolution.jpg
Como se ha mencionado, la robótica es una disciplina muy compleja, lo cual no es un secreto, pero esta característica se la ha ganado debido a que busca resolver una problemática real de algún servicio que incluso puede ser de alta precisión y riesgo mediante un sistema electromecánico autónomo que es diseñado utilizando modelos matemáticos y que debe interactuar con el entorno, incluyendo al hombre, que es su principal usuario. Es esta actividad de servicio del robot la que le dio incluso su nombre, pues la primera vez que se utilizó la palabra robot fue en 1920, en la obra Robots Universales Rossum, del escritor checo Karel Capek, donde se utiliza el término robota, cuya traducción al inglés es robot y que significa trabajos forzados o servidumbre. Pero aunque parece que la robótica ha surgido en los últimos años, no es así, ya que si revisamos en la historia de la humanidad, siempre el hombre ha buscado mejorar sus condiciones de vida ya sea fabricando herramientas que le ayuden a modificar su entorno o incluso superar sus limitaciones físicas o ha diseñado y construido mecanismos que puedan realizar algunas tareas incluso de riesgo; muchas de ellas constituyen lo que se conoce como automatización, porque realizan una actividad de forma automática. Se tienen innumerables acontecimientos cronológicos de sistemas automáticos y muchísimos otros que no se sabe quién y cuándo se construyeron, es sorprendente que en el siglo 1 a. C. ya se tenía la descripción de más de 100 máquinas y autómatas como órganos de viento, máquinas de vapor, etcétera. Otro dato histórico muy notable y sorprendente es que el primer robot humanoide del que se tiene referencia fue diseñado por Leonardo da Vinci en 1495. Esperando hasta este punto motivar y comprometiendo al lector para que revise una buena colección de eventos tecnológicos realizados a lo largo de la historia a fin de situarse en un entorno real de nuestra rama y de conocer el fascinante camino tecnológico de la humanidad concluimos esta introducción histórica citando a Isaac Asimov y sus tres leyes de la robótica que rigen la filosofía de servicio y el diseño de estos sistemas.
La robótica está presente en nuestra vida diaria desde simples mecanismos que realizan actividades repetitivas hasta sofisticados equipos controlados por un sistema de control que incluso aprende y toma decisiones casi de forma instantánea. Para comprender cómo sucede esto es importante saber que la robótica descansa sobre la electrónica, el software, la mecatrónica, la biología, la física y las matemáticas, entre otras, lo que nos conduce a dilucidar que el diseño y construcción de robots utiliza los adelantos de estas disciplinas; por ejemplo, muchos robots poseen sensores o transductores, que son dispositivos que convierten un parámetro físico como temperatura, humedad, luz, etcétera, en un parámetro eléctrico como voltaje, corriente, resistencia, etcétera, el cual se utiliza para que un sistema electrónico de decisiones determine el comportamiento de motores, sistemas de calentamiento o algún otro a fin de que modifique el entorno físico, dicho sistema constituye lo que en el hombre es el cerebro y que para el robot se denomina sistema de control. Pues resulta que la tecnología en fabricación de dispositivos de estado sólido nos ha llevado a tener sensores cada vez más pequeños y con muy alta precisión, así como motores que pueden aumentar su velocidad y potencia de forma considerable y también aquellos que pueden lograr movimientos muy precisos a gran velocidad; pero tener este tipo de sensores y actuadores nos lleva a requerir un sistema de control que pueda generar estas señales también sofisticadas; inicialmente se dejaba esta actividad de control a una máquina de estados construida con sistemas discretos secuenciales; posteriormente se utilizaron micro controladores que se programan para una solución específica, pero en ese camino se diseñaron y construyeron sistemas programables muy sofisticados como FPGA´s (Field Programmable Gate Array) y que básicamente es un dispositivo de estado sólido con un gran número de arreglos lógicos que se programan para implementar incluso un procesador “convencional”; esto nos permite pensar en sistemas de control que puedan procesar una gran cantidad de información y a una gran velocidad, pero esto aunque parece que es mundo extremadamente complejo y sofisticado; afortunadamente, mi estimado lector, el diseño de estos sistemas de control se realiza en lenguajes de descripción de hardware y lenguajes de programación de alto nivel; sí, así es, los programas en C, C++, java y otros para no entrar en detalles con los cuales se puede calcular una ecuación de segundo grado, ecuaciones diferenciales y gráficas en 3D, son justamente los que se utilizan para implementar estos sofisticados sistemas de control. Así que estamos en un punto en que nuestras herramientas de programación y que solo podíamos saber que resuelven un sistema matemático o simulan en 3D un entorno, pueden resolver el sistema de control y determinar el movimiento y comportamiento de un robot real, es decir la animación se lleva al mundo real. Y aquí es donde nuestra exposición apunta hacia la programación y al software observando que estamos viviendo un tiempo dominado por las tecnologías de la información y los dispositivos móviles, algunos de ellos con hasta cuatro núcleos. Y así es, nuestros equipos móviles tienen una gran capacidad de procesamiento que nos permite desarrollar programas denominados “aplicaciones” para interactuar de forma más eficiente con nosotros y el entorno, así que lógicamente podemos y debemos utilizar esta tecnología para controlar nuestros robots, lo cual parecerá que es algo complejo, pues nuestros robots son en general complejos, pero, lo que no hemos visualizado es que el dispositivo móvil es de por sí un sistema complejo, y por lo tanto desarrollar estas aplicaciones de control es como desarrollar un sistema de gráficas, un sistema 3D o una animación como un videojuego. Por esta razón es que podemos iniciar jugando, porque así se realizan los videojuegos, y en el camino darnos cuenta que el sistema desarrollado resuelve el problema de movimiento y monitoreo de un robot. Concretamente en el Laboratorio de Robótica Móvil Dr. Manuel Rubín Falfán, de la Facultad de Ciencias de la Computación de la BUAP, tenemos proyectos de robótica de diversos niveles, desde pequeños kits para armar con algunos sensores y motores para nuestros estudiantes de nuevo ingreso en robótica, hasta robots humanoides diseñados y construidos en el laboratorio con los que se pretende realizar el diseño de prótesis y sistemas de control a mucho menor precio que los comerciales actualmente disponibles; los estudios realizados en estos robots en el sistema de control nos han llevado a niveles como la microcirugía, que se rige por la espectacular precisión de los sistemas mecánicos y electrónicos, así como la gran capacidad de procesamiento nos permitirá desarrollar robots que puedan asistir a un médico e incluso sustituirlo, como ya sucede en algunos países tecnológicamente desarrollados. En este tránsito hemos pasando por el diseño de sistemas de control, reconocimiento de patrones, procesamiento de imagen y video basados en FPGA´s obtenidas por donaciones de las principales compañías líderes en el mercado y que nos permiten estar a la vanguardia tecnológica en materia de aplicación del conocimiento. Y hablando de diversión, por supuesto estamos trabajando en programación de dispositivos móviles desarrollando aplicaciones para robótica y apoyo a otras facultades de nuestra universidad, como Administración, Electrónica e Ingeniería Química. Pero nuestra querida disciplina llega incluso a la tecnología de construcción y control de satélites en donde también estamos trabajando, pues la metodología utilizada es similar, excepto que el nivel de precisión y tolerancia a fallos es extremo; por ejemplo, en el control del sistema de energía, el posicionamiento óptimo de los paneles solares, etcétera, así como el sistema de seguimiento de las estaciones terrenas donde se requiere procesar la información de diversos sensores tanto del satélite como aquellos en tierra y entonces llevar a cabo un procesamiento en tiempo real e interactuar con el satélite mismo, para poder determinar con precisión la posición del satélite e incluso visualizarlo, pero toda esta información es muy parecida a la que se utiliza en un videojuego.
Como hemos visto de lo expuesto anteriormente, la robótica es una disciplina muy compleja e incluso de alto riesgo y compromiso, pero este grado de especialización nos lleva a este nivel realizando etapas que pueden iniciar como un juego y que nos brindan el conocimiento necesario para desarrollar robots sofisticados.
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