Robots

Elena García Armada

• Publisher: Los Libros de La Catarata
• Year: 2016
• ISBN:
  9788490970072
• Topic: Technik & Maschinenbau
• Subtopic: Robotertechnik

La era de los robots al servicio del ser humano ha llegado. Van a ser parte de nuestra vida cotidiana: en casa, en el trabajo, en la calle, e incluso van a formar parte de nuestro propio cuerpo. Pero ¿están los robots preparados para formar parte de nuestras vidas? ¿Y nosotros para confiar y convivir con ellos? ¿Pueden ser más inteligentes que un humano? Este libro pretende acercar los robots a las personas, descifrando toda su complejidad a través de una analogía con el propio ser humano, derribando algunos mitos y huyendo de la ciencia ficción con el fin de entender el funcionamiento de un robot, su capacidad de tomar decisiones, cómo este puede contribuir a mejorar nuestra calidad de vida y qué podemos esperar de él.

Capítulo 1

¿Qué es un robot?

Construidos por un grupo de científicos que sueñan con liberar al hombre de la maldición del trabajo, los robots constituyen el primer experimento hacia ese loable fin. Estos autómatas poseen un notable parecido con la especie humana, pero han sido creados para servirla; son, en definitiva, una mano de obra esclava, sometida a la voluntad de sus creadores. Para los científicos de la compañía Robots Universales Rossum, RUR, su sueño comienza a cobrar fuerza. En la lejana isla donde habitan, la producción de robots no hace sino aumentar para satisfacer la imparable demanda de esta mano de obra barata y sumisa.

Sin embargo, algo está a punto de cambiar. Millones de personas en todo el planeta pierden sus puestos de trabajo al no ser competitivos frente a los incansables robots. Incluso los gobiernos prefieren abastecer a sus ejércitos de soldados robot. Mientras, en la sede de RUR, un científico ha concebido una nueva generación de androides capaces de sentir dolor; una forma de sensibilidad física que no tardará en convertirse en una incipiente semilla para hacer germinar en los autómatas… el alma.

Esta es la sinopsis de la obra de teatro Robots Universales Rossum, RUR, donde se acuña el término “robot”, en la traducción al inglés de la obra que el dramaturgo checo Karel Capek escribió en 1920. Los robots de RUR son seres vivos, replicantes de los humanos pero sin sentimientos ni creatividad, fabricados en masa, única y exclusivamente para servir a la humanidad.

Así surge el concepto de robot. Desde entonces, el robot es un invento del ser humano destinado a servirle, librándole del trabajo más tedioso. En definitiva, un ingenio que mejorará nuestra calidad de vida.

La ciencia ficción se convierte en realidad en 1954 cuando George Devol presenta la primera patente de un robot: Programmed Article Transfer, un robot manipulador muy primitivo para trasladar herramientas. Esta patente hace referencia al primer robot manipulador programado de forma digital y representa el nacimiento de la robótica industrial.

En 1956, Joseph Engelberger, director de ingeniería aeroespacial de la empresa Manning Maxwell y Moore en Stanford, coincide con Devol en un cóctel. Ambos deciden crear Consolidated Controls Corporation, que más tarde se convierte en Unimation (Universal Automation), la primera compañía de robótica, que en 1961 instala el primer robot industrial, el Unimate 2000, en una fábrica de General Motors. Posteriormente, Unimation fue absorbida por Westinghouse.

La obra RUR, además de acuñar el término robot, pudo adelantar el efecto de la robotización. La revolución industrial que provocó la implantación de los robots industriales en las fábricas en los años sesenta y setenta, que reemplazaron a los operarios en tareas repetitivas, generó la sustitución de puestos de trabajo y la cualificación del empleo de forma similar a como Capek lo había imaginado. Sin embargo, el robot de Capek era de naturaleza humana. El robot real se diferencia del de la ciencia ficción en su naturaleza.

Aunque existen numerosas definiciones de la palabra robot, todas válidas, quedémonos con la definición de la RAE: “(Del ingl. robot, y este del checo robota, trabajo, prestación personal). Máquina o ingenio electrónico programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas”. En definitiva, un robot es, en esencia, una máquina. Pero, partiendo de esa naturaleza electromecánica, ¿qué diferencia a un robot de una máquina cualquiera?

Era el año 2000 y el jefe de nuestro departamento del Instituto de Automática Industrial del CSIC nos comunicó que había que preparar un robot para llevarlo a la feria Aula, donde el CSIC reservaba un espacio para mostrar a los estudiantes, científicos en potencia, las posibilidades de la investigación nacional. Nosotros éramos su ejemplo, investigadores en formación, los becarios de investigación trabajando en nuestra tesis doctoral. El robot elegido fue el SILO4, un cuadrúpedo de color rojo, del tamaño de una mesa rinconera, sobre el que versaba mi tesis y la de dos de mis compañeros; era un robot caminante, es decir, su función principal era la de caminar, eso que hace de forma natural cualquier animal sin apenas esfuerzo. En cambio, hacer caminar a ese robot costó tres tesis doctorales y dos proyectos de investigación. Una vez en Aula, tras haber instalado el robot y el computador desde el que lo controlábamos, hacíamos turnos en los que explicábamos a los niños y a los no tan niños qué era el SILO4 y qué hacía. Se movía siguiendo un modo de caminar discontinuo de dos fases, llamado así porque primero avanzaba consecutivamente dos de sus patas y, una vez que se encontraba estable bajo sus cuatro apoyos, avanzaba el cuerpo. A continuación, en una segunda fase, avanzaba las otras dos patas y volvía a mover el cuerpo; y así se repetía la secuencia cíclicamente. Para la mayoría de los visitantes era más bien lento, acostumbrados a los robots ágiles de Star Wars; resultaba difícil competir con esa imagen. El SILO4 no podía moverse más rápido porque dependía de unos motores y unos engranajes reductores para mover cada articulación, y estos últimos, los engranajes, eran los principales causantes del límite de velocidad. Sin ellos el robot no habría podido soportar su propio peso, pero la amplificación de la fuerza del motor causaba de forma inversamente proporcional la pérdida de velocidad. Los robots de Star Wars no tenían limitaciones físicas, al estar construidos por ordenador, pero eso no lo explican en las películas.

Entre las diferentes visitas se acercó una niña rubita, tendría unos 7 años. Uno de mis compañeros estaba en el turno de atender a los visitantes y, cuando la niña le preguntó curiosa: “Esto ¿qué es?”, orgulloso (ya que él había hecho el diseño mecánico y había supervisado la fabricación del robot), con la cabeza alta y el pecho hinchado, contestó: “Es un robot”. La niña reflejó una mezcla de sorpresa y curiosidad en su rostro. Tras una pausa de pocos segundos, volvió con otra pregunta: “¿Y qué sabe hacer?”. Mi compañero volvió a inflar el pecho, cabeza alta, y muy satisfecho de la pregunta, respondió: “Este robot sabe andar”. Tras otra pausa, esta más corta incluso que la primera, la niña volvió a la carga: “¿Y qué más sabe hacer?”. Mi compañero se desinfló ligeramente, arrugó un poco el ceño y dijo: “No hace nada más, caminar ya es bastante para un robot”. La expresión de decepción de la niña precedió a su fulminante conclusión, que no tardó en expresar con total desinhibición: “Pues vaya cosa. Mi muñeca Pili anda y además hace pis”. Dio media vuelta y se marchó, muy orgullosa de su muñeca y bastante decepcionada por esa mesa roja andante que se hacía llamar robot y ni siquiera era capaz de hacer pis.

Lo que distinguía al SILO4 de la muñeca Pili y de otras muñecas andantes no era la capacidad de hacer pis, sino precisamente la de caminar. Pili movía sus piernas de forma cíclica, unos miembros rígidos, sin capacidad de adaptarse al suelo, y se caía a la menor perturbación en el camino, o a veces sin ella. En cambio, SILO4 tenía tres articulaciones en cada pata que le permitían adaptarse al suelo, seleccionar el punto de apoyo, evitando apoyos inestables, maximizando la longitud de paso y monitorizando y controlando el margen de estabilidad, es decir, se aseguraba en cada paso de que la postura elegida y los apoyos seleccionados eran estables, y que entonces el robot no se iba a caer. Todo esto gracias al trinomio percepción-decisión-acción, que caracteriza al robot y lo distingue de otras máquinas, mecanismos o muñecos. El robot percibe información del entorno y de sí mismo, y la utiliza en un proceso de razonamiento más o menos sofisticado para ejecutar una acción. Este trinomio es lo que le permite realizar operaciones de forma autónoma, sin intervención humana.

Un robot es capaz de realizar sin la intervención humana operaciones antes reservadas solo a las personas y esta es la característica que lo distingue de cualquier máquina común.

Otros ejemplos ya integrados en nuestra vida cotidiana son los robots de limpieza (como Roomba de iRobot, que fue pionero), que se distinguen de la aspiradora tradicional porque realizan la limpieza sin la intervención humana, evitando obstáculos, adaptándose a la suciedad y asegurando la limpieza completa. También encontramos los robots cortacésped.

Esta característica inherente a cualquier robot se debe a su condición de programable, presente en todas las definiciones de robot. Su funcionalidad se define en un programa informático o electrónico, siendo este el que hace posible que tome decisiones durante su operación. Esta toma de decisiones es la conexión entre la percepción y la acción del robot.

Por lo tanto, el robot únicamente será capaz de tomar las decisiones que hayan sido programadas, ante aquellos estímulos que es capaz de percibir (sensores) y sobre aquellas acciones que es capaz de realizar (diseño mecánico). Por eso, el programa, el sistema de percepción y el diseño mecánico del robot constituyen, al mismo tiempo, las capacidades y los límites del robot. No puede tomar una decisión que no haya sido programada, no puede ver si no tiene cámaras de visión artificial y no puede manipular si no tiene manos, entre otros ejemplos. No puede hacer pis si no se ha diseñado para ese fin.

Recapitulando, un robot es una máquina diseñada para realizar una operación determinada, dotada de un sistema de percepción para recibir la información del estado del robot y del entorno, dotada de un programa que le indica cómo actuar en cada estado del robot y de su entorno, y de un sistema de acción dedicado a realizar la operación a la que ha sido destinado.

Dependiendo de las capacidades que tenga, es decir, de las operaciones que sea capaz de realizar, podemos encontrar diversos tipos de robots:

• •Robots manipuladores, también conocidos como robots industriales: su diseño mecánico se asemeja a un brazo articulado y su función es la de manipular objetos y herramientas o realizar operaciones repetitivas con gran precisión. La mayoría de los ejemplos los encontramos en la industria manufacturera, por eso se les conoce como robots industriales. Desde el principio, es la industria de la automoción la que marca las especificaciones de la robótica industrial, debido principalmente al poder que esta industria tiene en el mercado y a sus claras necesidades técnicas. Así encontramos, entre otros ejemplos, robots de ensamblado, de soldadura, de pintura o de traslado de herramienta. Posteriormente, han surgido nuevas áreas de aplicación de los robots industriales que han impuesto nuevas especificaciones, siendo la característica principal la necesidad de adaptación a diferencias en los productos, como la variación de formas, de tamaños, de materiales. Son principalmente la industria alimentaria, la farmacéutica y los servicios de mensajería para automatizar la logística. La capacidad de autoadaptación al producto y al entorno determinó nuevas líneas de investigación en la robótica industrial. La principal ha estado destinada a dotar al robot de la suficiente inteligencia y de capacidad para solucionar problemas. Esto se consigue recurriendo a técnicas de inteligencia artificial. Cuando el sistema de decisión del robot se realiza mediante técnicas de inteligencia artificial, es más flexible, robusto y capaz de adaptarse a cambios en el entorno. En este caso estamos hablando de robots inteligentes. Más adelante profundizaremos en el aspecto de la inteligencia.
• •Robots móviles: el término robot móvil describe de forma genérica a un sistema robótico capaz de realizar tareas en diferentes lugares y que consiste en una plataforma movida por elementos locomotores. La elección del sistema locomotor depende, en primer lugar, del entorno en el que operará. Este puede ser aéreo (UAV, del inglés Unmanned Aerial Vehicle), acuático (AUV, del inglés Autonomous Underwater Vehicle) o terrestre (UGV, del inglés Unmanned Ground Vehicle). En los entornos acuático y aéreo, el sistema locomotor se basa generalmente en propulsores o hélices. La elección del sistema locomotor en tierra es más complicada, debido a la variedad de entornos. Los elementos locomotores típicos en robots móviles terrestres son las ruedas, orugas y patas. Las ruedas son los elementos de locomoción más utilizados sobre terrenos preparados, ya que alcanzan mayores velocidades que las patas y orugas. Para mejorar la tracción se pueden utilizar más de tres o cuatro ruedas y para facilitar el paso de obstáculos se pueden utilizar cuerpos articulados. En terrenos más accidentados, se usan orugas o robots con patas, de los que hablaremos más adelante.

La movilidad aporta a los robots una mayor capacidad de operación y abre nuevas áreas de investigación. Los principales esfuerzos en investigación en robots móviles se han centrado en enseñarle al robot cómo determinar su posición en el espacio y cómo planificar su trayectoria hacia una meta, en un entorno progresivamente más complejo. Como excepción, la investigación en robots basados en patas se ha centrado en la generación del modo de caminar, la adaptación de las patas al terreno y en mejorar las prestaciones de ve­­locidad y esta...