Edison Robots

Qué es la robótica

La robótica abre la puerta a un micromundo de aprendizaje motivador y entretenido. El establecimiento de un vínculo entre el mundo digital y el mundo físico ayuda a presentar a los alumnos una tecnología clave para el futuro.

Didier Roy

Introducción

Algunos definen la robótica como una técnica que se utiliza para el diseño y la construcción de dispositivos que realizan operaciones o trabajos, en sustitución de la mano de obra humana.

Otros, como indica Wikipedia, la definen como la rama de la ingeniería mecánica, ingeniería electrónica y ciencias de la computación que se ocupa del diseño, de la construcción, operación, estructura, manufactura y aplicación de los robots.

Esta última definición es bastante precisa y, seguramente, bastante cierta, sin embargo, yo prefiero definirla como un proceso por el cual se le dota, a un dispositivo o sistema computerizado, de una capacidad o habilidad que permite llevar a cabo una tarea o un trabajo concreto.

Es falso que los robots tengan como objetivo la sustitución de la mano de obra humana. De hecho, es más bien todo lo contrario puesto que, los robot sólo pretenden mejorar las vidas de los seres humanos y optimizar su productividad.

Innegable es que varios puestos de trabajo se perderán porque los robots harán las tareas que antes hacían los humanos, no obstante, los humanos siempre deberán estar presentes porque siempre hará falta programarlos, supervisarlos y, si sigo falla, deberán ser arreglarlos o reprogramarlos. Por consiguiente, aunque algunos trabajos desaparezcan, otros nuevos aparecerán, sólo hay que pensar con otra perspectiva y aprender algo nuevo.

El término robot hace referencia a una entidad virtual o mecánica artificial que, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio. Dicho de otro modo, un robot es cualquier entidad virtual o física capaz de realizar una tarea compleja y definida de manera autónoma.

Dado que un robot puede ser tanto un mecanismo físico, como un sistema virtual de software, la robótica suele combinar diferentes disciplinas como la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control o la física y puede enfocarse en muy diversos ámbitos en función de su objetivo.

De hecho, hoy en día la robótica está presente no sólo en la industria como los coches, también está presente en el mundo de la exploración espacial, en la medicina (por ejemplo, a modo de máquinas que hacen tareas repetitivas y miembros artificiales), en el ámbito militar (por ejemplo, a modo de robots que ayudan a la desactivación de bombas o la búsqueda y rescate en catástrofes), en la domótica (como por ejemplo, todo lo que tiene que ver con Google Home o Alexa) o, incluso, en la educación como veremos en el siguiente capítulo.

Sin embargo, en robótica, también podemos llegar a tener que aplicar cosas como la álgebra, los autómatas programables, la animatrónica y las máquinas de estados.

Clasificación según su cronología

Imagen extraída de freepik.com

Según su cronología, los robots podrían clasificarse en:

Primera Generación

Esta generación la sitúan en la década de los 50 del siglo XX y se le suele denominar robots manipuladores.

Este tipo de robots son máquinas mecánicas multifuncionales que tienen como función recoger objetos o materiales y moverlos de un lugar a otro.

Una de sus características mas interesantes es que no poseen ningún tipo de conocimiento del entorno y sólo realizan trabajos o tareas que previamente han sido programadas a través de sistema de control muy sencillo que les permite realizar movimientos mediante un operador que lo controla.

En general, suelen estar compuestos por unos servomotores eléctricos (motores que permiten un control preciso sobre la posición angular, aceleración y velocidad), una estructura de acero, unos contrapesos para el balanceo estático, unas articulaciones con sistema de transmisión de potencia y una base rotatoria con rodamientos de gran diámetro. No obstante, pueden llevar incorporados más componente o elementos.

Esta secuencia puede ser fija, en donde la tarea fue diseñada previamente y se ejecuta repetidamente sin ningún tipo de variación, o bien, puede ser variable de secuencia variable, en donde la tarea es diseñada para que ejecute repetidamente una tarea atendiendo a posibles variaciones o modificaciones en cada una de sus iteraciones.

Segunda Generación

Esta generación la sitúan en la década de los 80 del siglo XX y se les suele denominar robots de aprendizaje.

Aunque se les denomina de forma distinta, en realidad, no son más que robots manipuladores con una función añadida, la de aprender y repetir un trabajo o tarea sin intervención humana alguna.

El aprendizaje se realiza por el método de repetición que reproduce una persona, es decir, repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador (humano).

Dicho operador realiza unos movimientos concretos a través de mandos de control, joysticks o desplazamientos manuales de sus elementos terminales que el robot sigue y memoriza.

Otra diferencia con los robots manipuladores es que, los robots de aprendizaje, ya son capaces de percibir parte del entorno mediante unos sensores que llevan incorporados y son capaces de moverse por rutas fijas preprogramadas.

Por último, por diferenciarlos un poco más, destacar que, este tipo de robots suelen verse mucho, por ejemplo, en las cadenas de montaje de automóviles y vehículos en general.

Tercera Generación

Esta generación de robots la sitúan en la década de los 90 del siglo XX, aunque algunos afirman que empieza a finales de los 80, y se les suele denominar robots sensoriales.

Se llaman sensoriales porque suelen poseer varios sensores de diferente índole para ver, oír o sentir (aunque de manera muy rudimentaria) y ayudarles a moverse de manera autónoma analizando y almacenando los datos que reciben dichos sensores.

Otra característica importante de los robots sensoriales es que, internamente, poseen similitudes con los ordenadores actuales permitiendo que puedan ser programados a partir de sistemas computerizados como un ordenador personal, lo que hace que puedan realizar una amplia gama de trabajos o tareas diferentes.

Evidentemente, del mismo modo que sucede con los robots de aprendizaje, los sensoriales son capaces de percibir el entorno donde realizan el trabajo adaptándose al él y poseen un control algo más complejo que se caracteriza por la incorporación de un sistema de lazo cerrado.

Un sistema de lazo cerrado es aquel que es capaz de modificar la señal del sensor de entrada dependiendo del resultado final. Es decir, la toma de decisiones depende de una retroalimentación y comparación que depende tanto de la entrada, como de la salida.

Cuarta Generación

Esta generación de robots la sitúan en la a principios del siglo XXI y se les suele denominar robots inteligentes.

Se les llama inteligentes porque los robots están dotados de una cierta inteligencia que les permiten procesar la información en tiempo real que reciben gracias a unos sensores más sofisticados y completos.

La información que recogen es tratada por unos programas complejos que tienen almacenados en su interior, es decir, en sus sistemas informáticos internos, y tras su análisis, deciden llevar a cabo una determinada acción.

Este tipo de robots ya no sólo se adaptan a su entorno, sino que, además, aprenden de él a través varios métodos de aprendizaje como son la experiencia, la lógica difusa o las redes neuronales.

La lógica difusa es una técnica que permite diferencia valores relativos no absolutos entre dos valores enteros y, en robótica, se usa tomar decisiones que pueden considerarse imprecisas, no estrictamente definidas o subjetivas.

Una red neuronal es una forma simplificada de emular el modo en que nuestro cerebro procesa la información. Normalmente, viene representada por un conjunto de elementos o neuronas que están totalmente interconectados entre sí y que almacenan distintos tipos de información. Dependiendo de la entrada recibida, pasa por un camino donde hay varias decisiones que, finalmente, generan una respuesta concreta.

Por todo esto, los robots inteligentes ya no sólo tienen la capacidad de conocer el entorno, sino que, además, pueden poseer capacidades superiores ya que pueden tomar decisiones en tiempo real y desplazarse libremente mediante algún mecanismo giratorio como unas ruedas o, incluso, a través de unas extremidades artificiales articuladas.

Quinta Generación

Esta generación de robots la sitúan en la segunda década del siglo XXI, allá por el 2010, pero todavía no se les ha definido o denominado de ninguna forma concreta porque no están del todo desarrollados.

La principal diferencia que presentan con los de cuarta generación es que estarán dotados de una inteligencia plena que, dicen, les permitirán ser capaces de imitar el pensamiento humano y superar el conocido Test de Turing.

El Test de Turing es una prueba que pretende distinguir una máquina de un ser humano, por tanto, si una máquina supera este test podría decirse que exhibe un comportamiento inteligente similar al de un ser humano y podrían no diferenciarse a nivel de respuestas y actitudes.

Actualmente, este tipo de robots ya se están implementando y poseen un gran nivel de movilidad e interacción, lo que les permite ser una herramienta para labores de ayuda, rescate, transporte y otros usos militares.

Aunque a los robots de quinta generación se les suele identificar con una forma humana, en realidad no tienen por qué tenerla, ya que pueden ser de tipo dron o con similitud animal. Eso sí, es en esta generación donde es posible que se produzca la llamada singularidad que hace referencia al momento en el que los robots alcancen un nivel de inteligencia y consciencia igual o superior al de los seres humanos, y se vuelvan totalmente independientes con capacidades de autoaprendizaje y propia fabricación.

Clasificación según su estructura

Dependiendo de la configuración general del robot podrá 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

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 robots manipuladores, los robots industriales y los robots cartesianos, que 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.

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.

Androides

Son los tipos de 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 demasiada utilidad práctica ya que están, básicamente, destinados 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. Vulgarmente se los suele llamar marionetas cuando se les ven los cables que permiten ver cómo realiza sus procesos.

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, pilotados 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.

Híbridos

Estos robots 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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El robot Edison

Al ver los robots de las películas, podríamos pensar que el desarrollo de robots sofisticados con inteligencia artificial está a la vuelta de la esquina. La realidad es muy diferente.

Michio Kaku

Qué es el robot Edison

Edison es un robot móvil de tercera generación que responde al acrónimo STEM (Science – Technology – Engineer – Mathematics), es decir, Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas en español.

Edison viene ya montado y permite la adición de piezas de LEGO® Technic o LEGO® Education, aunque eso sí, no incorpora un mando de radio control. Puede usarse a modo de coche teledirigido, o con varias unidades Edison, a modo de robot con partes independientes.

Puede ver y oír gracias a los diferentes sensores que tiene instalados, lo que le permite detectar y esquivar obstáculos, reaccionar a partir de sonidos, rastrear líneas siguiendo su recorrido, detecta y reacciona a la luz e, incluso, puede comunicarse con otros robots EDISON.

El robot Edison dispone de una memoria de algo más de 5KB para almacenar programas y admite un uso a modo de juego con un control remoto y programas precargados, pero también posibilita la ejecución de programas prediseñados a partir de un sistema de código de barras y la creación de programas a través de programación visual de bloques o mediante el lenguaje Python.

Especificaciones técnicas

Memoria: algo más de 5kB para almacenar programas diseñados desde EdBlocks, EdScratch y EdPython.

Compatibilidad: Windows, Mac, Linux, iOS, Android y Chrome.

Alimentación: 4 baterías de tipo AAA (UM 4) alcalinas o Ni-MH (no incluidas).

Sensores y entradas:

Detección de obstáculos: infrarrojos mediante dos LEDs (localizados en la parte superior delantera izquierda y derecha) y un módulo receptor de infrarrojos.

Control remoto: módulo receptor de infrarrojos de 38kHz, lo que le permite controlar los códigos infrarrojos de la gran mayoría de mandos de TV/DVD existentes.

Seguimiento de líneas: a través de un fototransistor y un led rojo.

Detección de luz: a través de dos fototransistores ubicados en la parte frontal izquierda y derecha.

Detección de sonido: a través de un transductor piezoeléctrico.

Salidas:

Tracción: sistema de tracción diferencial en dos ruedas con codificadores de rueda (modelos Edison V2.0)

Comunicaciones de datos por infrarrojos: Dos LEDs de infrarrojos (IR) (doble como sensor de detección de obstáculos)

Sonido: a través de un transductor piezoeléctrico que también funciona como sensor de sonido.

Luces: a través de dos LEDs rojos ubicados en la parte frontal izquierda y derecha.

Procesador: Freescale 8-bit MC9S08PA8VLC

Dimensiones:

Largo 7,9 cm.

Alto 3,6 cm.

Ancho 6,4 cm.

Peso: 249 gramos

Primer contacto con Edison

Al sacar de la caja el robot Edison observamos que el robot Edison trae, además, un cable de conexión o comunicaciones. No obstante, para que pueda funcionar necesitaremos incorporarle cuatro pilas AA.

El robot Edison se puede programar para que haga cosas como conducir usando sus motores, encender las luces LED o hacer sonidos, pero también es posible utilizarlo para construir creaciones robóticas, laberintos complejos y mucho más!

Sin embargo, antes de comenzar a usar Edison, se hace necesario conocer un poco, en detalle, sobre sus características. Por ejemplo, Edison utiliza sensores y motores para interactuar con el mundo, dispone de tres botones de control, un interruptor de encendido y varias piezas extraíbles. Saber dónde están cada una de las piezas de Edison y lo que hace cada una de ellas resulta fundamental si queremos aprender a utilizarlo correctamente.

Si nos fijamos en la parte superior podemos ver que hay unos botones en la parte trasera y, unos LED y sensores en la parte