Revista Conocimiento 78

72

ROBÓTICA

Conferencia Nacional de Ciencia A nuestros en la Ciencia de la Robótica yA personajes Tecnología en Monterrey, N.L.

CONOCIMIENTO

Monterrey correspondió ser sede, este año (3 y 4 de julio), de la Conferencia Nacional de Ciencia y Tecnología, que se define como una instancia permanente de coordinación entre el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) y la dependencia o entidad de los gobiernos de los estados y el Distrito Federal, competenteJuan en materia de fomento Roberto Zavala a la investigación científica [email protected] y tecnológica. Dado que el gobernador de Nuevo León, licenciado José DoctorGonzález Jesús Parás, de León Morales de Ciencia Natividad es coordinador y Tecnología de la CONAGO, como anfitrión de esta Uno deintegró los másen importantes investigadores en las especiales, áreas de reunión la agenda, como invitados control de sistemas no lineales, de conlaaplicación a sistemas a importantes personalidades educación superior, la electromecánicos y en particular a motor de inducción, ciencia y la tecnología de nuestro país, y de Texas, Estados máquinas eléctricas y robótica, Jesús de León Morales Unidos. es coautor de cuatro capítulos en libros y coautor de 33

Doctor Gustavo Alarcón Martínez

Con importantes investigaciones y publicaciones sobre los costos de la industrialización en México; distribución de los ingresos de los trabajadores de la industria manufacturera; inversión extranjera directa mexicana en los Estados Unidos de América; entorno laboral y social en las maquiladoras de Coahuila, y especialmente sobre el impacto en el empleo por la innovación tecnológica, particularmente por causa de la robótica, Gustavo Alarcón Martínez es actualmente presidente del Consejo de Relaciones Laborales y Productividad del Estado de Nuevo León.

Julio 3

Es licenciado en Economía por la UANL, y obtuvo su titulo de Maestría en Economía Pública en el Centro de Investigaciones y Docencia Económica. En 1980 obtuvo el grado de Maestría en Economía y en 1982 el de Doctor en Ciencias Sociales en Educación, ambos grados académicos de la Universidad Museo de Historia Mexicana. de Stanford, en Estados Unidos. Área Tierra | Apertura: Bienvenida: Dr. Luis E. Todd, Director General de la Coordinación de Ciencia y Tecnología de Nuevo León. Introducción: Dr. Manuel Martínez, Presidente de la Red Nacional de Consejos y Organismos Estatales de Ciencia y Tecnología, RedNACECYT. Entusiasta impulsora del Conocimiento y la aplicación de la Diputada Silvia Luna, Presidenta la Comisión robóticaComentarios: en la educación básica, donde el de año escolar 2007de Cienciala y Tecnología la Cámara de Diputados. 2008 fomentó creacióndede 14 Clubes de Robótica en igual númeroInicio de escuelas secundarias públicas, actividad en que de la Sesión: Mtro. Juan Carlos Romero Hicks, logró laDirector participación cerca de 200 alumnos, cinco de los General delde CONACYT.

artículos científicos publicados en revistas arbitradas. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, nivel 1 y de la Academia Mexicana de Ciencias. Los años 1997 y 1998 la UANL le otorgó el “Premio de Investigación” en las áreas de Ingeniería y Tecnología y Ciencias Exactas.

Julio 4

Es licenciado en Física por la UANL y tiene dos maestrías: una en Control Automático del Centro de Investigaciones y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) y otra del Instituto Nacional Politécnico de Grenoble, en Francia. Su Doctorado en Control Automático de Procesos es de la Universidad Claude Bernard Lyon I, en Francia.

ASOCIATIVIDAD: GOBIERNO, ACADEMIA Y EMPRESA (TRIPLE HÉLICE) EN LA NUEVA ECONOMÍA DEL CONOCIMIENTO

Doctora Adriana Elizondo Herrera 10:30

cuales participaron en un concurso regional de robótica, Adriana Elizondo Herrera es actualmente coordinadora del área de Ciencia y Tecnología para Niños en la Sesión Secretaría de Educación de Nuevo León. Primera (extraordinaria):

AGENDA

La Educación Superior en el Impulso Ostenta el título de Panel: química bacterióloga parasitóloga por la Facultad de Ciencias Biológicas la Universidad Autónoma de Nuevo León, y a ladeCiencia y a la Innovación Tecnológica su Maestría y Doctorado en Ciencias Agrarias es de la Universidad de Ponentes: Dr. José Narro Robles, de la UNAMen Política y Göttingen, en Alemania. Cursó asimismo la Rector especialidad Rafael Rangel Rectorde del Sistema ITESM. Gestión Educativa. Es Dr. profesora en Sostmann, la Facultad Ciencias Biológicas de la UANL. 11:00 a Comentaristas: Ing. José Antonio González Treviño, Rector de la UANL | Dr. Rafael López Castañares, Secretario General Ejecutivo de la ANUIES | Dr. José Enrique Villa Rivera, Director General del IPN | Dr. Juan M. Sánchez, Vicerrector de Investigación, Universidad de Texas. Consideraciones finales: Lic. José Natividad González Parás, Experto en laboratorios virtuales y vehículos autónomos, Gobernador de Nuevo León | Mtro. Juan Carlos Romero Hicks, José Luis Gordillo Moscoso es fundador y responsable del Director General de del CONACYT. laboratorio virtual robótica y manufactura del ITESM.

13:40

Doctor José Luis Gordillo Moscoso

Ha realizado investigación en la visión computacional para aplicaciones en robótica y manufactura, con énfasis en la Comida el ofrecida visión color, procesamiento paralelo de imágenes, la 14:00 a programas síntesis automática depor dede visión la inferencia de descriptores el Gobierno NuevoyLeón visuales en 12-D y 3-D y actualmente en laboratorios virtuales y vehículos 16:00 Restaurante Acitrón. Museo de Historia del Noreste autónomos. Ha sido profesor en la UNAM, en la DGIT, en el(MUNE). CINVESTAV y desde 1990 en el ITESM. En 1993 fue profesor visitante en la Universidad de Stanford.

Reunión Ejecutiva de la Comisión de Ciencia Es ingeniero industrial por el Instituto Tecnológico de Aguascalientes. y Tecnología de la CONAGO Tiene una maestría Ciencias Computacionales, con especialidad en 16:15 a en Fuera de agenda de la de Conferencia Nacional de Ciencia Robótica y un Doctorado enla Ciencias la Computación, ambos grados 16:45 y Tecnología. académicos del Instituto Politécnico Nacional, de Grenoble, Francia. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I. En 2003 obtuvo el Participan representantes de las entidades integrantes Premio Rómulo Garza,dealalaComisión. Investigación.

Museo de Historia Mexicana. Área Tierra Segunda Sesión: El Federalismo del Conocimiento, 17:00 a Ciencia y Sociedad Esther Orozco: Apropiación Social de la Ciencia 18:30 Dra. y la Tecnología Ing. José Calderón: Programas de Difusión y Divulgación de la Ciencia

72y1.indd 1 FORROS.indd 1

9:00 a 10:00

Doctor Sergio Sedas Gersey Salón Acero del Hotel Holiday Inn Fundidora Tercera Sesión: Agenda del CONACYT

Habiendo participado con la Universidad Carnegie Mellon en

Dr. Antonio de del la Peña: Desarrollo y Académico elJosé desarrollo robot con Científico patas “Dante”, que entró en un Dr. Luis Mier y Terán: Evaluación y Normatividad volcán activo enInformación, el Monte Ferebus, en la Antártica, Sergio Sedas Gersey ha creado más de 15 sistemas de inspección Dr. Leonardo Ríos: Desarrollo Tecnológico y Negocios de Innovación

automática para la industria, y 25 sistemas con robots industriales para fabricación de piezas automotrices. Sus investigaciones en las áreas de robótica, sistemas de visión inteligente y Tercera Sesión Continuación: Agenda razonamiento geométrico han sido publicados en revistas especializadas y de la RedNACECYT memorias de congresos.

10:00 a

Dra. Gema Mercado: Homogenización de las Leyes Estatales

Es ingeniero de enCiencia, Sistemas Electrónicos Tecnología e Innovaciónpor el ITESM, y tiene dos maestrías: una11:00 en Ingeniería Electrónica Computacional y otra en Robótica, ambas por Dr. Pedro Luis López de Alba: Integración de los Programas Estatales la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburg, Pennsylvania. Su Doctorado Tecnología e Innovación. en Robótica de y Ciencia, Diseño Computacional es de esa misma institución. Ha Adrián Moreno Mata: Indicadores FOMIX sido profesorDr.en la Universidad de Carnegie Mellon y en el ITESM, donde actualmente es el director de la carrera de Mecatrónica.

11:00 a 12:30

Cuarta Sesión: Innovación y Transferencia Soto Rodríguez deDoctor TecnologíaRogelio para la Competitividad Dr. Asdrúbal y Flores: Regionales de innovación y Transferencia Tecnología Experto con Sistemas numerosas investigaciones en las de áreas de Dr. Herminio Chanona: coninteligente, el Modelo ARCO en Chiapas. sistemas difusos Experiencia y control con las que se han hecho desarrollos tecnológicos el área dedecontrol, Ing. Federico Toussaint: Cámara de la Industriaen de Transformación Nuevo Leónen

diversas empresas, Rogelio Soto Rodríguez es profesor investigador en el ITESM, donde desde el año 2000 es también director delEvaluación Centro dedelSistemas Es miembro Quinta Sesión: Impacto deInteligentes. la Investigación del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I, y autor del en la Ciencia y el Desarrollo Tecnológico libro Modeling and speed control of an induction motor using sliding mode 12:30 a technique, publicado 1990 porde University Microfilms International, Mtro. Miguelen Chávez: Índices desempeño en Programas y Proyectos de Desarrollo así 14:00 como de Dr. tres capítulos en libros y de numerosos artículos científicos Elías Micha: ¿ Investigación Científica o Desarrollo Tecnológíco? publicados en revistas indexadas y de divulgación. Dra. Rosaura Ruíz Gutierréz: Academia Mexicana de Ciencias

Es ingeniero en Electrónica por el Instituto Tecnológico de La Laguna, y tiene una Maestría en Ingeniería Eléctrica por el ITESM. Su Doctorado (PhD) Sesión: 2025 Ciencia, Tecnología en IngenieríaSexta Eléctrica es Visión de la Universidad de Texas, en Arlington. Ha sido director del ePrograma Técnico del Simposio Internacional de Inteligencia Innovación en México 14:00 a Artificial y del Congreso Mundial en Sistemas Expertos.

15:00

15:00

Dr. Manuel Martínez: Introducción Participación voluntaria de los asistentes Dr. Jaime Parada: Comentarios

Relatoría: Dr. Manuel Martínez Mensaje: Dra. Rosaura Ruíz Gutiérrez Mensaje: Lic. José Natividad González Parás Clausura: Mtro. Juan Carlos Romero Hicks

CONTENIDO

ROBÓTICA

Editorial 3

La utopía de la robótica

La ciencia de la robótica 4

Robots humanoides Doctor Jesús Santana Blanco

7

Manos robóticas Doctor Arnoldo Apolonio Fernández Ramírez

9

Robots móviles articulados Maestra Patricia Quintero Álvarez

12

Un robot en cada casa Traducción y síntesis de Alma Trejo

13

Si existe el súperhombre de Nietzsche… entonces somos nosotros Maestro Rodrigo Soto

16

Homo Cyberneticus vs Homo Sapiens Profesor Ismael Vidales

18

Robótica en educación básica Doctora Adriana Elizondo Herrera

20

Empleo, robótica e innovación tecnológica Doctor Gustavo Alarcón Martínez

22

Sistemas de visión para robots Doctor Carlos Pfeiffer

24

Cirugía robótica en ginecología Doctor Vincenzo Sabella

27

Cirugía robótica cardíaca Doctor Carmelo Otero

29

Robots bípedos Doctor J. Antonio Rojas

Directorio

32

La revolución robótica Doctor Naveen Kella

Director General Doctor Luis Eugenio Todd Subdirector Licenciado Juan Roberto Zavala Director Editorial Félix Ramos Gamiño Educación Profesor Ismael Vidales Delgado Ciencias Básicas y del Ambiente Doctor Juan Lauro Aguirre Desarrollo Urbano y Social Ingeniero Gabriel Todd Ciencias Médicas Doctor David Gómez Almaguer Ciencias Políticas y / o de Administración Pública Contador Público José Cárdenas Cavazos Ciencias de la Comunicación Doctora Patricia Liliana Cerda Pérez

34

Control mental de robots Traducción y síntesis de Félix Ramos Gamiño

Consejo Editorial Presidente del Consejo de Ciencia y Tecnología de Nuevo León Ingeniero Juan Antonio González Aréchiga N. L. Gob. Licenciado Omar Cervantes Rodríguez Director del Programa Ciudad Internacional del Conocimiento Ingeniero Jaime Parada Ávila CAINTRA Ingeniero Xavier Lozano Martínez ITESM M. C. Silvia Patricia Mora Castro UANL Doctor Mario César Salinas Carmona Doctora Diana Reséndez Pérez Doctor Alan Castillo Rodríguez Ingeniero Jorge Mercado Salas

Los robots pueden ser grandes auxiliares del ser humano en diferentes labores cotidianas; así, el doctor Jesús Santana aborda el tema de los robots humanoides, página 4; el doctor Arnoldo Hernández habla sobre las manos robóticas, página 7, y la maestra Patricia Quintero escribe sobre los robots móviles articulados, página 9.

Bill Gates, en una síntesis de la licenciada Alma Trejo, pronostica que en un futuro, habrá un robot en cada hogar, página 12; el maestro Rodrigo Soto, en una paráfrasis de Así hablaba Zaratustra, da voz a los robots, que se levantan como una raza superior, página 13; en tanto que el profesor Ismael Vidales enfrenta al Homo Cyberneticus y al Homo Sapiens, página 16.

01/07/2008 20:12:39 01/07/2008 20:13:46

2

CONOCIMIENTO

ROBÓTICA

CONTENIDO

nera profunda y primitiva, experimento que no estoy sólo. cia artificial y el estudio de la conciencia con este nuevo Tengo a otros con quienes puedo compartir mi idioma cul- tipo de estructura; quizás entonces iremos más allá de la descripción y por primera vez experimentaremos que no tura de la humanidad. Si yo aceptase la posibilidad de que soy el único hu- estamos solos: el fin de la antigua lucha. 36 Robótica colectiva ¿Se puede “construir” una “cosa” que tenga la propiemano conscienteDoctora a mi manera personal si esta posiAngélica Muñoz(aún Meléndez bilidad siguiera siendo poco probable pero fuera más que dad emergente de la conciencia? ¿Podemos usar experienRobótica industrial; o muere un juego de 39 teoría) indicaría el finalcompite de una era; la era de cias indescriptibles como bloques para construir y crear Sergio William Sedas Gersey niveles aún mayores de complejidad? Quizás. Keith Raniere como humano. Si sí nos volvemos expertos en el uso de lo indescripDado aunque fuera sólo un ejemplo de una máquino tripulados 41 Vehículos Doctor Marco Tulio Jiménez na sin conciencia indistinguible de Mata la función humana, tible, naturalmente empezaremos con unidades simples yo tendría la de que los demás no necesitan ser y cultivaremos objetos cada vez más complejos con as44certeza Robots controlados a través de Internet probableAdriana es que Elizondo todos los conscientes como yo para “parecer” tener “alma” humana. pectos de experiencia. Lo más Doctor Jesús de León Morales La doctora simplemente no entendeEstaría atrapado en mi condición de estar sólo; mi auto de objetos ya tengan este aspecto; Herrera toca el tema de la La Ciencia es Cultura un sistema para operar robots de servicio 49 ViRbot: pedagógicatomamos en la mos su organización. Pero robótica si verdaderamente común estacionado más allá de una Licenciado Jorge Pedraza experiencia humana Doctor Jesús Savage educación básica, página esta ruta nos encontraremos (nuestras personas interiores Ingeniera Claudia Ordaz cerca que ningún otro auto podría cruzar. 18; sobre robótica, empleo experiencia) dentro de la jerarquía del tecnológica universo que es encontramosnodriza una forma de describir lógi- de 52 si Arquitectura de robots heterogéneos móviles e innovación Educación Física y Deporte Claro que, Doctor humana, José Luiseliminaremos Gordillo escribe el doctor Gustavo experiencia, es indescriptible, es conciencia. Finalmente, camente la experiencia lógicamenDoctor Óscar Salas Fraire Alarcón, presidente deles que no estaremos solos; pero lo que es más importante te tanto al libreDiseño albedrío como al concepto de un alma. Las Universidades y la Ciencia de controladores difusos para robots seguidores de línea 58 Consejo de Relaciones experimentaremos niveles más altos aún más allá Encontraremos que sólo estábamos equivocados respecto Maestro Jesús López Villalobos Doctor Mario César Laborales, página 20;de y nosotros (imagine), y por primera vez nuestra tecnología…esta a nuestra naturaleza especial y a final de cuentas nos esel doctor Carlos Pfeiffer Salinas Carmona Los al robots, reflejo delsólo ser otro humano 62junto aborda, página 22, el caso de de a una experiencia tableceremos tostador como aparato del nueva “tecnología”…puede llevarnos Redacción Doctora Patricia Liliana Cerda Pérez los sistemas de visión para Dios. Licenciada Alma Trejo universo. robots. Traducido del inglés por Farouk Rojas 64 Asimov y su robótica literaria Licenciado Carlos Joloy Ingeniera Claudia Ordaz Diseño

La ciencia de la robótica

ROBÓTICA

70

Directorio

Trascendencia

Víctor Eduardo Armendáriz 66 Más allá de la descripción de estas cosas sucederá. No creo Lindsay Jiménez EspinosaYo no creo que ninguna Keith Raniere Arte Gráfico que la lógica sea lo suficientemente poderosa como para la existencia UANL la conferencia 71 Organiza la Arquitecto Rafael Adame Doria describir completamente humana: jamás poOrigen de la vida y evolución celular Circulación y Administración dré describir “rojez” completamente a una máquina y proProfesor Oliverio Anaya bablemente 72 Reconocimiento tampoco a una persona que jamás ha tenido Licenciado Juan Roberto Zavala Rodríguez vista; pero podré usar mi experiencia de rojez de formas irremplazables. Esto garantiza que mi experiencia perso-

La revista CIENCIA CONOCIMIENTO nal seguirá siendo valiosa, distinguible y existente para los TECNOLOGÍA es una publicación demás. del Colegio de Estudios Tampoco creo que la experiencia es una ilusión de la Científicos y Tecnológicos lógica de y los datos. Aún si no tenemos libre albedrío, lo más Nuevo León (CECYTENL), con la probable es que siempre experimentaremos que sí; nuescolaboración de la Coordinación tra lógica no tiene la complejidad necesaria para hacer que de Ciencia y Tecnología nuestras matemáticas humanas sean determinadas. del Estado de Nuevo León Lo que sí creo es que algo más importante sucederá. (COCYTENL). Empezaremos a aceptar una perspectiva del mundo más orientada a sistemas. Puede que lleguemos a entender algo Los datos tienen otro componente, llamémosle consciencia, cosa indescriptible, lo que sea. Esta “cosa” indescriptible se suma [email protected] y tiene sus propiedades: propiedades que van más allá de la descripción lógica. Esta cosa equivale a completar “maRegistro solicitado previamente temáticamente” la descripción. Si abordamos la inteligencon el nombre de CONOCIMIENTO

Teléfonos en la redacción: 8346 como lo siguiente: los datos no son sólo datos. 7351 y 8346 7499

Portada

Los doctores Vincenzo Sabella, página 24, y Carmelo Otero, página 27, escriben Las opiniones expresadas en los sobre cirugía robótica; el Acerca deresponsabilidad Executive Success Programs, Inc. artículos son primero en el área de la exclusiva de sus autores. el segundo Executive Success Programs, Inc.MR (ESP) ofrece programas de entrenamiento enfocados en crear consistenciaginecología, en todas lasyáreas y relacionado con los ayudar a desarrollar las habilidades prácticas, emocionales e intelectuales que la gente necesita para alcanzarensulomáximo potencial. MR problemas, una cardíacos; Todos los programas de ESP utilizan una tecnología punta con patente en trámite llamada Cuestionamiento Racional cienciasobre bípedos versa el tema basada en la creencia que entre más consistentes sean las creencias y patrones de conducta de un individuo, robots más exitoso será en todo del que doctor J. Antonio lo que haga. El Cuestionamiento RacionalMR permite a las personas volver a examinar e incorporar percepciones pueden ser la Rojas, página 29; en tanto que el base de limitaciones autoimpuestas. doctor Naveen Kella habla sobre la revolución robótica, Mayores informes: [email protected] página 32.

CONOCIMIENTO

ESPECIAL

EDITORIAL

En la Biblioteca Magna “Rangel Frías”

Robótica

Organiza la UANL la conferencia “Origen de la vida y evolución celular”

La utopía de la robótica E

n esta edición se muestran diversos ejemplos de la aplicación de la nueva ciencia de la robótica al desarrollo de la inteligencia artificial, y de la tecnología al servicio del mundo de la medicina, de la mecatrónica y de la sociedad industrial de excelsa calidad en su precisión motriz. Es lógico comprender que la búsqueda del hombre de una inteligencia artificial que se le parezca en su evolución biológica cerebro-motora, debe ser calificada como una utopía; es decir, como un sueño inalcanzable, pero bello en su deseo inicial; aunque, de ahí a conseguirlo, hay un abismo biológico y conceptual. El cerebro humano y la precisión de las terminaciones nerviosas son producto de una evolución extraordinariamente sofisticada, y los impulsos electromecánicos, así como la conducción sináptica y los neurotransmisores, son muy difíciles de imitar; sin las condiciones de la atmósfera, se existentes, y dadas embargo, algo puede hacerse para utilizar esta infor- más complejos. dieron compuestos mación, con el fin de generar robots humanoides que Mostró cómo cumplan funciones específicas, parecidas a las del ser en condiciones de laboratorio y en diferentes ocasiones se trató de recrear esta situación, y humano. compartió los resultados de sus investigaciones. Expertos de diferentes partes del país y de nuesLazcano Araujo trabaja para el departamento de tra ciudad, así como invitados especiales de los EstaBiología la Facultad de Ciencias de la Universidad dos Unidos escriben sobre los avances de la de robótica Nacional Autónoma de México, institución en la cual en medicina, en de mecatrónica, y en el control a Facultad de Ciencias Biológicas la Universidad estudió de su calidad carrera y obtuvo el grado de doctor. Es autor de Autónoma de Nuevo León organizó la Conferencia asítres de los productos manufacturados, como sobre la ca-el origen de la vida. libros sobre Magistral titulada: pacidad “Origen de deestos la Vida y Evolución bellos instrumentos artificiales para Celular”, que se llevó a cabo el pasado 25 de junio en el BIÓLOGA NORTEAMERICANA coadyuvar en diferentes servicios a un mejor nivel de auditorio de la Biblioteca “Raúl Rangel Frías”. En el evento “Simbiosis y evolución” fue el título de la conferencia bienestar de los usuarios. participaron los expertos Antoniosocial Lazcano Araujo y Lynn que presentó la reconocida bióloga estadounidense Lynn Margulis. Margulis. Durante Los avances en informática, programación, simu- el espacio de su participación explicó de cómo la simbiosis, que es la interacción lación, y también la incorporación ladepostura instrumentos Ante un auditorio lleno, principalmente de alumnos de biológica entre dos o más organismos, podría ser la clave robóticos imagenológicos funcionan los nuevos la facultad, Lazcano Araujo inicióe la conferencia con su queen dio origen a la evolución. procedimientos de diagnóstico participación denominada: “El origen y evolución tempranay tratamiento, y se de la vida”. En ella explicó idea en la que se basan las en los Mediante pruebas en material gráfico, ven la aprovechados como estrategia objetivos diversas de 1596 a 1650 investigaciones que hamuchos realizado cómo se originó Margulis mostró cómo organismos celulares cambian su de sobre los artículos que acompañan este volumen. la vida a partir de las primeras células provenientes de la forma mediante la simbiosis. Ojalá que esta ciencia avance y progrese hasta la “sopa prebiótica o sopa primitiva”. Medeestoy medida de sus posibilidades, que si bienLynn son Margulis muchas, estudió en la Universidad Chicagorevolcando y en mi tumba al En su intervención,no mostró al público diferentes es doctora por la Universidad de California; actualmente son infinitas, como lo señalan los fanáticos de la experimentos de atmósferas primitivas en la tierra y cómo es profesora del Departamento de Geociencias de que la imaginar un robot inteligencia artificial. se pudieron haber originado las primeras células. Universidad de Massachussets Amherst. También es necesario recordar que estos instrumenpuede existir, sin tos deben tener un marco ético de comportamiento, ELEMENTOS ESPACIALES y sin Margulis ha dedicado gran parte de pensar su trabajo de ser. El investigador mexicano sostuvo en como el origen investigación al estudio de la teoría de la simbiogénesis y para que no se que utilicen elementos de destrucción, de la Tierra el planeta recibiendo elementos sinoestuvo fundamentalmente de creación. cómo ha participado en la evolución. Es autora de diversas provenientes del espacio, y que al mezclarse con los ya obras sobre el tema.

L

Pienso, luego existo

DESCARTES

71

68

4

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

El mapa no es el territorio

herramienta amplificaba el resultado. La siguiente etapa en el descubrimiento de las herraCuando joven, aprendiendo de computación por primera vez, le jugué una broma a un colega a partir del con- mientas llegó cuando el humano ya no tuvo que ejecutar cepto de los mapas y los territorios: el símbolo “2” no es el la actividad, sino que guiaba la herramienta que llevaba a número que representa. En programación de computado- cabo la actividad. La yunta de bueyes es un ejemplo de ras, es posible cambiar los valores de los números asocia- esto; el buey jala la yunta en vez del humano, el human dos con los símbolos (la mayoría de los principiantes no simplemente guía al buey. Este fue el primer tipo de herramienta en suplantar la saben esto). Así que cuando cambié el valor del número representado por el símbolo “2” mi colega tuvo tremendas función humana. Antes de tales herramientas, la fortaleza dificultades para usar su cuenta en la computadora. Una y la resistencia eran de mayor valor para la supervivencia, simple suma como 1+2 igualaba a 5. Esto debido a que la y por lo tanto para la sociedad. Conforme más herramienoperación 1+2 en realidad dice “toma el valor del núme- tas fueron descubiertas, la fortaleza física y la resistencia ro simbolizado por el ‘1’ y añádelo al valor del número se volvieron menos importantes y fueron reemplazadas simbolizado por ‘2’ e imprime el símbolo asociado con el por la habilidad y la coordinación. Finalmente, conforme la complejidad de las herravalor resultante”. El número (territorio) detrás del símbolo (mapa o des- mientas aumentó, los humanos sólo fueron necesitados cripción) es lo importante. Las operaciones simbólicas para poner a las herramientas en movimiento. Estas sólo son buenas si representan consistentemente lo que herramientas podían reemplazar a la función humana y hay detrás. Si la representación no es consistente, 1+2 trabajaban 24 horas al día hasta necesitar reparación o reabastecimiento de combustible. puede igualar a 5. Nuevamente la valoración social cambió para reflejar Como humanos, parecemos tener un interesante modo de operación trascendente de la descripción: percibimos estos descubrimientos. El intelecto se volvió más imporcualidades al igual que cantidades. Por ejemplo, cuando tante que la fuerza bruta o la coordinación. El creador de “vemos” el color rojo, hay un aspecto de esta “visión” más las herramientas, el intelecto inventivo, se convirtió en el allá de la descripción. Para entender esto, imagine tratar más alto valor social. Ahora, al parecer, tenemos máquinas que están emde describir el color rojo a una persona que jamás ha tenido vista. Sin importar lo ingenioso de sus argumentos, pezando a desempeñarse mejor que los humanos en actividades intelectuales como el ajedrez. ¿Es esto indicativo jamás logrará que la persona experimente “ver” el rojo. Cada uno de nuestros sentidos tiene una parte des- del fin de la superioridad intelectual humana? ¿Qué harán criptiva mensurable y una parte de experiencia que no es los humanos si es creada una máquina intelectualmente mensurable, igual que el idioma. Si yo le digo que algo es superior? Puesta la labor física en manos de máquinas rojo, y Ud. está de acuerdo, aún no sabemos si la cualidad inferiores, y siendo los robots más efectivos para las lade rojez que Ud. ve es idéntica a la cualidad de rojez que bores intelectuales, incluyendo la administración de las yo veo. Sólo sabemos que consistentemente le llamamos máquinas inferiores, cual será el propósito de los humaa la misma cosa rojo; la “rojez” está más allá de la des- nos? ¿Llegará un tiempo en el que, como lo predicen los cuentos de ciencia ficción, los robots decidan que los hucripción. ¿Cómo es que los aspectos de experiencia manos son simplemente ineficientes y una carga para los Jesús Santana Blanco de nuestros sentidos afectan nues- recursos del mundo? a palabra robot es invariablemente asociada con Demos un paso atrás. tro desempeño? máquinas que se asemejan a los seres humanos. En el 2006, se escriEsto se debe principalmente a los libros y películas bió una nueva página en el de ciencia ficción. La palabra robot proviene del vocablo libro de historia de los hucheco “robota”, que significa trabajo realizado de manera manos contra las máquinas. ¿Tuvo mejor desempeño la computadora de ajedrez forzada, y fue introducida en la obra de teatro R.U.R RosVictor Kramnik, nuestro cam- que el humano? Si medimos el desempeño en victorias sum’s Universal Robots, escrita por el autor Checo Karel Fig. 1. Robots de R.U.R. peón mundial de ajedrez, jugó y derrotas, sí. Pero si medimos el desempeño en base a Capek en 1920, y estrenada en el teatro nacional de Praga contra Deep Fritz, la computadora eficiencia, puede que le sorprenda el resultado. ños humanos como esclavos. Al cabo del tiempo, estos roen 1921. campeona de ajedrez. En resumidas En la bibliografía frecuentemente se atribuye a dicho bots se rebelaron contra la raza humana y la llevaron a la cuentas, perdimos. La humanidad fue Se dice que un jugador humano de ajedrez del más escritor la paternidad de dicho vocablo; sin embargo, él extinción, de modo que quedó una pareja de robots como vencida por su creación. Esta no es la prime- alto nivel puede analizar hasta 4 jugadas por segundo. mismo reconocería que el verdadero creador de la pa- los nuevos Adán y Eva. ra vez que los humanos son superados por las máqui- La computadora que derrotó al humano en ajedrez podía El tema de esta obra ha sido la base de muchas histolabra robot fue su hermano Josef Capek. Doctor Jesúsnas: este sólo fue un paso más en una serie progresiva que analizar hasta 10 millones de jugadas por segundo: ¡me rias posteriores en libros, y, por supuesto, en múltiples A diferencia de lo que imaginamos en la actualidad, Santana Blancoinició con el descubrimiento de las herramientas. sorpende que no nos derrotara por mucho más amplio cuando pensamos en un robot humanoide, el cual visua- películas. Profesor margen! ¿Cómo es que nuestras simples 4 jugadas por Investigador de Planta Los robots, como los entendemos en la actualidad, son lizamos como un humano electromecánico, en R.U.R los segundo compiten con 10 millones de jugadas por segunDepartamento robots eran agentes artificiales (Figura 1), hechos de mate- en realidad máquinas multifuncionales y programables, de Ingeniería do? rial biológico, con base en una fórmula creada por un bri- que pueden tomar múltiples formas, como las de brazos Eléctrica Nuestras jugadas son mejores. Nuestras jugadas trasLas primeras herramientas fueron extensiones de las y Computacional manipuladores, empleados ampliamente en la manufacllante científico llamado Rossum. cienden la descripción actual de los cálculos. actividades humanas; golpear a un animal con una vara ITESM, tura industrial, o las de vehículos autónomos con ruedas, El día en que una computadora que pueda analizar Campus Monterreyfue más efectivo que golpear al animal con la mano o el con patas o con aspas, como los utilizados en exploracioDE LOS ROBOTS santana@pié. REBELIÓN El humano aún llevaba a cabo la actividad pero la sólo 4 jugadas por segundo pueda vencer a un humano Dichos agentes se fabricaban en serie, y servían a sus due- nes espaciales, submarinas y aéreas. itesm.mx

Robots humanoides

L

Valor indescriptible

Reemplazo humano

Fig. 3. Rob

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

mente de artesanos relojeros, con el objetivo primordial Sin embargo, son los robots humanoides los más reprelas volveremos prácticamente inexistentes o las haremos con similar poder de análisis, será el día en que yo crea de servir para el entretenimiento. Destacan entre éstos el sentativos del origen y del reto mayor en la robótica. completamente descriptibles. que las computadoras juegan ajedrez mejor que los humaflautista, el tamborilero y muñecas mecánicas de tamaño nos. Hasta ese día, las computadoras están simplemente humano, de J. de Vaucanson; el jugador de ajedrez, de W. DESARROLLO DE LOS ROBOTS HUMANOIDES ¿Cómo haríamos inexistentes las cualidades ganando por “fuerza bruta” no por intelecto. Von Kempelen; el grupo de robots de Jaquet-Droz (Figura La idea de crear máquinas que imitan seres vivos no es de la experiencia? Cuando yo entro a un museo y veo un antiguo objeto; 3), un escritor, un artista y un músico, expuestos en el nueva. A lo largo de la historia, el hombre se ha sentido Para lograr esto crearíamos una descripción tan detallapatas de 8 pies de largo, soportando una superficie plana Museo de Arte e Historia en Neuchâtel, Suiza. fascinado por poder construirlas. Los griegos llamaban da de la conducta humana que ninguna tecnología podría con un respaldo vertical y dos piezas laterales; casi inmea este tipo de máquinas “automatos”, que significa acjamás distinguir entre un humano, usando la experiendiatamente determino que se trata de un trono. Puedo tuar por sí mismo. De este vocablo derivan los términos cia como el origen de la conducta, y la ejecución de esta sentir cómo se sentiría sentarme en él; me puedo imagiautomático y autómata. Este último término también es descripción. Aunque tal ejecución estaría desprovista de nar acomodándome en él. Su tamaño, forma y decoración utilizado para referirse a los robots, y significa, según la cualidades origen, suplantaría a las cualidades en función. brindan aún más pistas. Jamás he visto una silla o trono Real Academia Española, máquina que imita la figura y los Para ver cómo esto podría suceder, examine la diferencia que se le parezca y sin embargo puedo identificarlo y clamovimientos de un ser animado. entre una persona con vista y una persona que jamás a ha sificarlo con bastante celeridad. Ninguna máquina puede Ejemplos de autómatas antiguos hay muchos. Herón visto. Sin tecnología la diferencia es vasta. La persona con hacer esto tan rápido. Ciertos detalles que utilizo para de Alejandría, matemático e inventor griego, que vivió duvista puede hacer muchas más cosas que la persona que entender función y clasificación caen en el ámbito indesrante el siglo I de nuestra era, creó mecanismos animados jamás ha visto. Ahora agregamos tecnología: la persona criptible de la experiencia humana. movidos con poleas, palancas y dispositivos hidráulicos. que jamás ha visto puede leer un libro, estar consciente El autómata más antiguo que se conserva en la actualide los colores, pero aún no puede manejar cosas como dad es el gallo de la catedral de Estrasburgo, el cual, al la manuscrita. Pero esta adición de tecnología ilumina la dar la hora, movía las alas y el pico; data del año 1352, y posibilidad de que una persona que jamás ha visto pudiesu autor es desconocido. ra llegar a tener un funcionamiento indistinguible del de En 1499, Leonardo da Vinci creó, para el rey Luis XII, una persona con vista. Si esto sucediera, la cualidad de un león mecánico que se abría el pecho con su garra y la experiencia de ver ya no podría ser distinguida de su mostraba el escudo de armas del soberano. operación descriptiva. Se le haría efectivamente invisible y por lo tanto prácticamente inexistente. AUTÓMATAS Fig. 4. Automata de Maillardet HUMANOIDES ¿Puede suceder esto? En cuanto a autómatas huNo voy a discutir exhaustivamente este asunto dentro de manoides, entre lo más reeste artículo; pero ofreceré una consecuencia de una deslevante podemos encontrar cripción tan completa: no podríamos distinguir entre la un caballero con armaAUTÓMATA ESCRIBANO máquina operacional descriptiva (lo más probable es que dura medieval germano-itaA principios del siglo XIX aparece un autómata mecánifuera un robot) y un humano. Por lo tanto pederíamos la liana, automatizado. El diseco humanoide capaz de escribir y dibujar, creado por el experiencia de la humanidad y nos encontraríamos siendo A una máquina actualmente sólo se le puede dar, o se ño original, obra de Leonardo mecánico suizo Henri Maillardet (Figura 4), conservado en el último “hablante” del idioma humano. puede crear en ella, un mapa de la experiencia humana: a da Vinci, fue encontrado disel instituto Flanklin, de Filadelfia, el cual fue donado al Como humanos somos un grupo gregario. Aún si estala computadora de ajedrez sólo se le ha dado un mapa del perso entre los manuscritos instituto por una familia que lo conservó durante muchos ciono mi auto en la parte más vacía y distante del estacioajedrez humano. La computadora debe luchar contra las del genio del Renacimiento, años después de haber sido dañado por un incendio; fue namiento me encuentro con que a mi regreso mi auto está imprecisiones del mapa y compensar con fuerza bruta. En y reconstruido por Mark Elreconstruido por el instituto para su exhibición en 2007, y rodeado de otros autos. Como humanos estamos equipaFig.un 2. patrón Caballero ajedrez, el humano construye a través del tiemling Rosheim para una serie mostró su magia al escribir tres poemas; dos en francés y Leonardo Da sirve Vinci para guiar dos con neuronas espejo que nos dan la habilidad de crear po de jugadas y posiciones. de Dicho patrón televisiva (Figura 2). uno en inglés, así como realizar cuatro dibujos, entre los señales equivalentes en base a observar a otras personas: al jugador humano a considerar opciones de jugadas que Este caballero era cacuales destacan una estructura china y un barco. Una caincluso un infante saca la lengua en respuesta a lo mismo son mucho mejores que las aleatorias. La computadora paz de recrear varios movimientos humanos, tales como: racterística compartida por todos los autómatas anterioen un adulto. Nuestra habilidad proyectiva nos lleva a debe elegir jugadas más al azar y en secuencia perdiendo pararse y mover brazos y cuello; además, contaba con res es su naturaleza primordialmente mecánica. tender a crear el mundo internamente a nuestra propia por lo tanto eficiencia. La computadora debe construir una mandíbula anatómicamente correcta, resultado de los La robótica moderna nace con la electrónica y el invenimagen: con frecuencia proyectamos antropomórficamensu patrón descriptivamente; el humano puede adicionalconocimientos de anatomía de Leonardo. to de la computadora. Un robot manipulador industrial te en objetos inanimados y animales. A través de este mémente construir en experiencias. Los humanos seguimos También es conocido el hombre de palo desarrollado moderno está hecho con partes mecánicas, movido por todo le damos a muchas cosas cualidades y sentimientos reinando supremos como los más eficientes analizadores en España en el siglo XVI, para el emperador Carlos V, motores hidráulicos o neumáticos, pero principalmente humanos. El día que destruyamos nuestra habilidad para de ajedrez. por Juanelo Turriano, un por motores eléctricos. Su cerebro controlador es una distinguir entre humano y no humano habremos sobrepaingeniero prodigioso y computadora. sado a la cultura humana con tecnología. ¿Se puede describir al ajedrez tan completamente que el autodidacta. Este autóCon todo el desarrollo tan notable de la ciencia y la Actualmente, cada uno de nosotros siente que tenevalor de la experiencia humana sea eliminado? Posiblemata tenía forma de montecnología durante el siglo XX, en todos los campos, pero mos libre albedrío y experimentamos una auto-conscienmente. je, caaminaba y movía la particularmente, para el caso de los robots, en la eleccia interior. Yo no se esto absolutamente: es posible que ¿Puede la conducta humana ser descrita tan completacabeza, ojos, boca y bratrónica, la miniaturización en los circuitos integrados, las yo sea el único auto-consciente y que los demás sólo estén mente que los humanos puedan reemplazarse por máquizos. Estaba hecho precisacomputadoras programables cada vez más pequeñas y mintiendo. Asumo que no es el caso porque parece que nas? Probablemente no. mente de palos. poderosas, sistemas de visión artificial, sistemas de recootros humanos son como yo de muchas maneras variadas Un análisis de esta cuestión se reduce a la rojez; o Durante el siglo XVIII nocimiento de voz y el desarrollo de la inteligencia artifiy complejas. Cuando miro a un ser amado a los ojos me debiera decir las cualidades de la percepción y su posible se crearon diversos autócial, se ha hecho posible la creación de robots humanoides imagino que otra alma como la mía me está mirando. Sosdescripción lógica. matas humanoides muy mucho muy sofisticados que se acercan cada día más a las pecho que mis neuronas espejo están disparándose como Para que máquinas descriptivas sobrepasen a los huingeniosos, obra principalcaracterísticas de los seres humanos. ig. 3. Robots de Droz locas diciéndome que esto es así. Sin embargo yo, de ma manos en todos los aspectos las cualidades como la rojez

5

69

66

6

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

idioma Yaghan por la simple razón de que es la última Robot QRIO (Figura 7), que es una HUMANOIDES MODERNOS persona que lo habla. Muchos académicos, hombres de Entre los Robots humanoides modernos, desta- abreviatura para “Quest for cunegocios y turistas han venido a visitarla para hablar de can el Wabot-1 (Figura 5), considerado el primer riosity”, que en español siginifica su predicamento. Incluso hay un movimiento entre algurobot humanoide de la era moderna, desarrollado “Búsqueda de la curiosidad”. Este nos de sus parientes más jóvenes para preservar el idioen la Universidad Waseda, de Japón, entre 1970 robot mide 60 centímetros de alma Yaghan. Por supuesto que ninguno de estos intentos y 1973, capaz de reconocer la voz y sintetizarla, tura, y tiene la capacidad de camipreservará realmente al Yaghan: en el mejor de los casos provisto de piernas funcionales, manos mecáni- nar, brincar, bailar y hasta correr preservarán una descripción de la cultura Yaghan reprecon movimientos extremadamente cas y sensores de tacto. sentada en su idioma. Después, la misma Universidad presentó en naturales. Las personas para quienes un cierto idioma es7.su lenFig. Robot Finalmente, el robot huma1984 al Wabot-2 (Figura 6), que constituyó el Humanoide gua materna entienden más que las definiciones de las pade Sony - Qrio primer intento de especializar a un robot para noide más avanzado del mundo labras; experimentan y expresan toda una gestalt cultural uso doméstico. La actividad seleccionada para el hasta el momento corresponde a activada por cada palabra y variación sutil. Por ejemplo, la Wabot-2 fue la música, y sería el primer robot la empresa HONDA, con ASIMO (Figura 8), abreviatura palabra “siesta” en español latinoamericano significa mucon la capacidad de tocar el piano, leyendo al de Advanced Step in Innovative Movility, que en español chísimo más que su equivalente nap en inglés. Siesta es mismo tiempo, con un sistema de visión muy significa: “Un Paso Avanzado en Movilidad Innovadora”. una experiencia cultural que trasciende la mera definición ASIMO tiene las habilidades de correr, caminar con suaviavanzado, las notas de la partitura. de la palabra. Sospecho que incluso quienes hablan espaYa en el siglo XXI hemos sido testigos de la dad, subir y bajar escaleras, comunicarse y reconocer las ñol pero son oriundos de España no entienden verdaderaaparición de los robots humanoides más avanza- voces y caras de las personas. mente el concepto de “siesta”. Fig. 5. Wabot-1 Primer Robot Tiene una estatura de 1.20 metros, y fue diseñado a dos de la historia. La empresa Sony presentó al Hace 500 años se hablaban aproximadamente 14,000 Humanoide de la era Moderna propósito con esta altura, para ser un robot de servicio idiomas en todo el mundo. Ese número ha disminuido a doméstico. Dicha estatura le permite alcanzar gabinetes menos de 7,000. Cada uno de estos idiomas perdidos acaarriba y abajo, e interactuar con personas paradas y sentabó residiendo en una última persona, como Cristina Caldedas. De esta forma es útil tanto a personas con discapacirón, quien sobrevivió, aún si brevemente, para ser testigo dad como a personas normales en una casa. de su fin. ¿Debemos permitir a los idiomas morir? ¿Cuál es el valor de mantener vivo un idioma “innecesario”? Imagine que su cultura ya no fuera firmada o expresada en el mundo exterior. Si Ud. es la última persona que habla su idioma, de cierta forma está viviendo su muerte: siendo testigo de que sus manifestaciones en experienpor Keith Raniere cia irreversiblemente dejan de existir. Aún si le enseñara su idioma a otra persona, esa persona sólo tendría una descripción vacía de la cultura sin las experiencias fundalegará el día para algunos de nosotros en el que mu- cionales: la experiencia del idioma / cultura no puede ser chas de las amistades y amores que atesoramos se hayan ido. Para esos pocos, la cuestión de la vida a veces se vuelve: ¿Qué tanta pérdida puedo soportar? ¿Se ha vuelto el futuro de mi vida meramente una promesa de más pérdida? Mi abuela tiene 97 años. Vive sola en un modesto departamento en Brooklyn, Nueva York y es aún autosuficiente. Cada sábado se peina en el mismo salón de belleza local y dos veces a la semana asiste como voluntaria al Fig. 6. Wabot-2 asilo de ancianos para ayudar a los adultos más “jóvenes”. Ha sobrevivido y perdido a todos sus contemporáneos; ha sobrevivido y perdido al único amor romántico de su vida—hace más de 20 años. Está vieja, frágil, triste, y es la única sobreviviente de una era: la era de Marion RanieFig. 8. Robot de Honda - Asimo Ha pasado por muchas dificultades y tribulaciones de Saeed Benjaminre.Niku, Introduction to Robotics: Analysis, Systems, Applications, ISBN-10: 0130613096, ISBN-13: tiempos ahora extintos. ¿Qué978-0130613097 tanta más vida / adversidad construida a partir de una descripción. Es la naturaleza soportará? del idioma como experiencia, indescriptible y personal, lo Rosheim, Mark Elling, Leonardo´s Lost Robots, 1st ed. 2006. Corr. 2nd CONCLUSIONES Leí un interesante artículo acerca de un idioma chileno muere con la última persona que lo habla. ¿Es esta printing., 2006, XX, 184 p. 200 illus., Hardcover, ISBN: 978-3-540-28440-6 queEstamos muy lejos de tener un humano artificial con la llamado Yaghan (originalmente Yahgan). Es uno de los esencia del idioma como experiencia necesaria para enversatilidad e inteligencia de un ser humano; sin embargo, www.wikipedia.com idiomas indígenas de Tierra del Fuego y es ampliamente tenderlo? No, no realmente. El latín es una lengua muerta los avances en esa dirección continúan, y en un futuro, reconocido como un idioma aislado: sin relación directa sin embargo la usamos y la entendemos. Pero entender http://www.neoteo.com/el-robot-de-leonardo-da-vinci.neo posiblemente con la combinación de tecnologías electrocon ningún otro idioma. la naturaleza del latín, sus sonidos, acentos y sutilezas; mecánicas, biológicas, ingeniería genética, inteligencia http://www.fi.edu/learn/sci-tech/automaton/automaton. Hay una anciana mujer llamada Cristina Calderón que eso es otra cosa. Entender esto, con cualquier conjunto artificial y otras ciencias, pudiera llegar a ser realidad el php?cts=instrumentation vive en Ukika (con una población de 55 personas) en Isla de distinciones pertinentes, se ha perdido para siempre. tan ansiado robot humanoide con las habilidades de un Navarino en Chile. Ella es una autoridad mundial en el Sólo nos queda la descripción del latín. El latín está por http://asimo.honda.com/ ser humano real.

Más allá de la descripción

L

REFERENCIAS

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

7

67

lo tanto muerto aún si un grupo de personas empezaran a hablarlo nuevamente en base a su descripción. La experiencia genera descripción; y con la descripción se pierde algo. Por lo tanto, cualquier experiencia reconstruida a partir de una descripción está incompleta. Al permitirle a un idioma morir, perdemos parte de la cultura humana. Este es un proceso natural; cierta cultura nace, cierta cultura se pierde. Debemos conscientemente decidir qué porciones de la humanidad, o de la cultura humana, causan más destrucción o adversidad si se les mantiene vivas. A veces, los esfuerzos necesarios para preservar un aspecto cultural son simplemente demasiado costosos o imposibles. Por ejemplo, si un grupo de personas pasara tanto tiempo preservando su pasado que no crecieran ni se desarrollaran hacia el futuro. Esta situación representa un tipo diferente de muerte cultural: el estancamiento. Así que la muerte de una cultura, como la muerte de un individuo, es a veces el orden natural de La mano SHADOW, desarrollada en el las cosas. Reino Unido en 2002, con sus cinco dedos Es así para Cristina Calderón y para mi abuela; al no y tres falanges, con un total de veintitrés artener contemporáneos con quienes compartir sus cultuticulaciones/grados de libertad. ras; sus experiencias. Mi abuela ciertamente puede descriArnoldo Apolonio Fernández Ramírez bir su vida, pero jamás podrá transmitir las experiencias La mano desarrollada en Alemania por el de su vida; su cultura. Su experiencia cultural personal DLR con cuatro dedos y tres falanges; cuenta a investigación en prensión robótica ha conduciha sido reducida a mera descripción para jamás ser comcon diecisiete articulaciones/grados de liberdo al desarrollo de numerosas manos robóticas o partida como experiencia nuevamente. Mi abuela es la últad. La más reciente versión fue desarrollada mecánicas en diferentes laboratorios, desde hace tima persona en hablar su idioma de experiencia de vida en 2007. más de una veintena de años. El objetivo perseguido con / cultura. tales realizaciones es el de poder, en un periodo de tiempo En general, la experiencia por naturaleza es expresión * Las manos del LMS, de la Universidad de Poitiers, razonable, reproducir las tareas de manipulación con una y generación más que impresión y evocación. Su experienFrancia, desarrollada la primera en 1986 (a la izquierda) destreza cercana a la de la mano humana. cia de algo es un evento fuente; una causa de otros efectos y la segunda en 2007. Ambas tienen 16 articulaciones. La En la actualidad, sistemas de prensión sustituyen de como las descripciones. La descripción, que es un efecto diferencia estriba en que la mano más reciente está disemanera ventajosa al hombre en el marco de la producde la experiencia, es lo opuesto. Si algo viene de dentro ñada teniendo en cuenta el acoplamiento mecánico, tal y ción industrial, toda vez que dichos sistemas de prensión es expresión y generación; desde afuera es impresión y como existe en la mano humana entre la falange media y (con dedos o neumáticos), como los ilustrados en la figura evocación. distal. proveída por la firma Festo, están limitados a la realización La prueba de Turing propone probar la capacidad ¿Cuándo es la descripción de una experiencia equivade tareas de manufactura repetitivas, son poco flexibles y de una máquina para emular la inteligencia humana. lente a la experiencia? no ofrecen todas las capacidades de una mano humana. La respuesta a esta pregunta es: cuando son imposiUn juez humano utiliza una conversación en bles de distinguir. Esto no significa que la descripción ha lenguaje natural a través del teclado para tratar de evocado exitosamente la experiencia original; sólo que ha distinguir entre un humano y una máquina; si el evocado una experiencia suficiente para ser indistinguible juez no puede distinguir entre ambos, no habiendo de la experiencia original en base a una observación actual. límite de tiempo, entonces se dice que la máquina Si entendemos que una experiencia original es el efecto de pasó la prueba. Esta prueba puede ser extendida algún estímulo; entonces nuestra experiencia de una descripción sólo será igual a dicha experiencia original si la para que incluya todos los sentidos. descripción es igual al estímulo original. Esto ciertamente no es el caso con ningún idioma o historia personal. MANOS MECÁNICAS POLIARTICULADAS En el caso de mi abuela, sospecho que ninguna cantiPor esta razón, numerosos laboratorios se han dado a la algún “ingrediente secreto” contenido en la salsa de la exdad de descripción me permitirá (ni a nadie más) recrear tarea de desarrollar manos mecánicas poliarticuladas, con periencia. su salsa de tomate (ella es italiana con poderes especiales un aspecto antropomorfo, con la finalidad de explorar La descripción de una cosa no es la cosa en sí. Este es sobre cosas como los tomates y las uvas). Más en serio, si nuevas capacidades en la realización de tareas de manipuuno de los conceptos más difíciles de entender en la físialguien pudiera traer todos los datos sobre la vida de mi lación diestra. Entre todas ellas podemos citar: ca: nuestras ecuaciones descriptivas de la física no son laDoctor Arnoldo Apolonio abuela, y programarlos en una máquina, aún sería posible La mano desarrollada en conjunto Fernández Ramírez física. A nivel más abstracto, si un objeto tiene cualquierProfesor Titular distinguir a esa máquina de mi abuela. Creo que esa mápor la Universidad de Utah/MIT en 1983, parte que esté más allá de la descripción, sin embargo laDepartamento de Eléctrica quina a fin de cuentas fracasaría la prueba de Turing (ver compuesta por cuatro dedos con tres Electrónica descripción es indistinguible del objeto, entonces la parteyInstituto apartado) contra mi abuela. Verá Ud., mediante nuestro Tecnológico falanges cada uno, con dieciséis articumás allá de la descripción no tiene fuerza o efecto sobrede Nuevo León método actual de matemática descriptiva y programación, laciones/grados de libertad. cosa alguna en el universo. Desde una perspectiva prác-arnoldo_fr@ no podemos construir la experiencia de mi abuela a paryahoo.fr tica esta parte no existiría. tir de su descripción. A nuestras descripciones les falta

Manos robóticas

L

64

8

ROBÓTICA ROBÓTICA

Asimov y su robótica literaria

El desarrollo de estas manos y las investigaciones realizadas en el LMS han permitido implantar la estrategia general para la manipulación de objetos con manos robóticas, una aplicación dedicada para la planificación de movimiento de cada uno de los dedos que intervienen en la manipulación, el cálculo de las fuerzas que Claudia Ordaz intervienen en la prensión del objeto, además de una estrategia para la ejecución de tareas de manipulación fina icen que la realidad sobrepasa a la fantasía, y no es de objetos, en el caso de que sea necesario realizar mapara menos. La literatura, como disciplina artística, nipulaciones de amplitud importante. disfraza la realidad con tintes o pinceladas de fantasía, y la ciencia ficción es un género que, por fantástico y futurista, termina por ser visionario. K. Amis definió a este género como: un relato en prosa cuyo tema es una situación que no podría presentarse en el mundo que conocemos, pero cuya base es la hipótesis de una innovación de cualquier orden, de origen humano o extraterrestre, en el campo de la ciencia y la tecnología, o, si se quiere, de la pseudociencia o de la pseudotecnología.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

se utiliza una metodología para transformar el problema y resolverlo mediante el método de cálculo de distancias en

D

La ciencia ficción supone algo que no existe, pero siempre hay literatos arrojados que terminan adelantándose a su época, y llegan a comprobar, después de décadas, que lo escrito por su pluma ha cristalizado en una verdad. VERNE, PADRE DE LA CIENCIA FICCIÓN Es Julio Verne a quien se considera el padre de la ciencia ficción, aunque el boom de este género se dio años después en Estados Unidos, con la publicación de la obra Ralph 124C 41, del escritor Hugo Gernsback, quien fue el primero en introducir el término de Ciencia Ficción. CÁLCULO DE FUERZAS En lo que concierne al cálculo de las fuerzas que intervieOtros exponentes de este género son: Mary Shelley, autora nen en la prensión de un objeto, se encontraron diversas de Frankestein; Edgar Allan Poe, Ray Bradbury, quien escribiera metodologías que abordaban el problema utilizando la Farenheit 451; Arthur C. Clarke, Robert A. Heinlein, Aldous programación lineal y no lineal. Estos métodos en general Huxley, autor de Un Mundo Feliz”; Catherine L. Moore, George no son compatibles con aplicaciones en tiempo real. Se enOrwell, famoso por 1984 (lo que conocemos ahora en televisión contró otro tipo de metodología que satisface las necesicomo el Big Brother; por citar algunos. dades de aplicaciones en tiempo real, pero requieren de ciertos artificios para la resolución del cálculo. En el LMS ASIMOV, VISIONARIO Dentro de esta rama de la literatura, quien introdujo la palabra “robótica” en las letras fue Isaac Asimov; genio, bioquímico, escritor, futurista, visionario, puesto que nuestro mundo cada vez se parece más al que plasmó en sus libros. Isaac Asimov era un niño ruso que vivió en el barrio neoyorquino de Brooklyn, y en su infancia leía comics y libros en los estantes de las tienditas de golosinas que regenteaba su padre, Judah Asimov.

Ingeniera Claudia Ordaz Catedrática del Departamento de Comunicación / ITESM cordaz@itesm. com.mx

el espacio de las fuerzas aplicables sobre el objeto. La finalidad de la realización de estos trabajos es la de abordar y de proponer soluciones a un cierto número de puntos que son todavía sujetos de numerosas investigaciones en la actualidad. PERSPECTIVAS Y PROBLEMÁTICAS El área de manufactura, especialmente en donde interviene la manipulación de productos para el empaquetado, ofrece perspectivas y problemáticas interesantes desde el punto de vista del diseño mecánico, así como el sistema de control de la mano, todo en función de la tarea por desarrollar. La manipulación de objetos mediante manos mecánicas antropomórficas es de importancia esencial en la medida que se desea evitar el contacto humano con el producto, sobre todo en el caso del empaquetado de productos alimenticios. Otras problemáticas abiertas que se deben resolver conciernen a la manipulación de objetos de formas irregulares y a la resolución de la prensión inicial de un objeto en vista de una tarea de manipulación específica.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

Robots móviles articulados

ROBÓTICA ROBÓTICA

9

SHAKEY, PRIMER ROBOT MÓVIL Esta desmedida pasión lo llevaría a escribir sus propios El primer robot móvil, el Shakey, fue creado en 1967 en relatos de ciencia ficción cuando era todavía un adolescenStanford, como resultado de investigaciones en el campo te, y a venderlos en revistas ahora llamadas pulp. Ya adulde la inteligencia artificial. Este francés, robot estaba dotado de Escritor considerado el fundador de la moderna to, se comprometería con las ciencias, y llegó a graduarcámaras para percibir el espacio se ficción. desplazaba, literaturaen de que ciencia Predijoycon gran precisión se en Química, para decidirse finalmente a ejercer su prode dos ruedas motrices para desplazarse. en sus relatos fantásticos la aparición de algunos de los fesión de escritor de tiempo completo. Desde la creación de ese primergenerados robot, muchos otrostecnológico del siglo XX, productos por el avance Patricia Quintero Álvarez han sido desarrollados; como como, por ejemplo, el robotlos submarinos o las la televisión, los helicópteros, Es autor de un sinfín de cuentos, novelas de ciencia Pathfinder, y últimamente losespaciales. robots Spirit y Opportunaves ficción y de numerosos artículos científicos. Su legado nity, que forman parte de los robots Rover deen el campo de las letras y en la ciencia tiene un valor sarrollados por la NASA, y ingresó cuyo con objetivo es ser En 1836 su hermano Paul en el seminario esde hace más de 30 años, la Robótica ha evolucioinnegable. Sus novelas más reconocidas son: Yo, Robot, Saint-Donatien. tarde estudió filosofía y retórica en el utilizados en la exploración del Más planeta Marte. nado enormemente y principalmente la Robótica Fundación, Bóvedas de Acero, El Sol Desnudo y Los Propios liceo de Nantes y viajó a París, cumpliendo los deseos de su padre, para seguir Móvil. Sin embargo, el objetivo inicial de los primeDioses. la carrera de leyes. En 1848 comenzó a escribir algunos sonetos y textos de ros investigadores en esta disciplina no se ha alcanzado teatro, y dos años más tarde aprobó su tesis doctoral de derecho y optó por la aún: la creación de una máquina inteligente capaz de perSus columnas y artículos fueron recopilados en libros carrera de letras. cibir, de decidir y de actuar por ella misma. por los editores de las revistas: Venture Science Fiction, Un robot móvil es un vehículo autónomo, equipado Magazine of Fantasy y Science Fiction. Sus inicios literarios fueron difíciles, sus piezas de teatro no tuvieron una de una unidad de proceso que le proporciona la intelidivulgación importante, y recurrió a la docencia para sobrevivir. Desde 1852 gencia necesaria para desplazarse en un ambiente que NOVELAS DE ROBÓTICA hasta 1854 trabajó como secretario de E. Seveste, en el Théâtre Lyrique, y puede ser conocido o desconocido. Un robot móvil articuLas novelas asimovianas son principalmente de robótica. publicó algunos relatos en Le musée des familles, como Martín Paz (1852). lado cuenta, además, con varios módulos interconectados Las novelas que escribiría en los años comprendidos entre En 1857 se convirtió en agente de bolsa y empezó a viajar; visitó Inglaterra, entre sí, y que proporcionan una mayor independencia de 1941 y 1982 se encuentran plagadas por relatos sobre roEscocia, Noruega y Escandinavia, y continuó sus escritos. carga al vehículo. bots, seres humanos, sociedades robotizadas regidas por Posteriormente conoció al editor Hetzel, quien se interesó por sus textos y le sistemas paternalistas y retratos de máquinas inteligenDOS TIPOS publicó Cinco semanas en globo (1862), obra que lo lanzó al éxito y lo estimuló tes con sentimientos que Asimov enunciaría por primera En la literatura científica, existen dos tipos muy diferentes a proseguir con la temática de la novela de aventuras y fantasía. El mismo vez en su obra Runaround, publicada en 1941, y que sinde robots que son llamados robots móviles articulados: editor le encargó una colaboración regular para la revista Magazine déducation tetizaría en las llamadas Tres Leyes de la Robótica. por una parte, los robots en los que el chasis es articulado et de récréation, y en poco tiempo alcanzó una gran celebridad. y permite modificar la configuración de las ruedas, para Éstas son: 1) un robot no puede hacer daño a un ser asegurar el contacto con un suelo accidentado, como por Veinte mil leguas de viaje submarino es, entre su extensísima producción, uno humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra ejemplo los robots Rover que se utilizan para la exploFigura 1. Robot Mars que Exploration Rover Spirit abandonando los libros conserva máso íntegro su encanto.su daño; 2) un robot debe obedecer las órdenes dadas por base endeMarte © NASA / JPL ración de Marte; y por otra parte, los robots móviles con los seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en remolques. otras obras de gran éxito como Las aventuras del capitán Hatteras conflicto con la Primera Ley; 3) un robot debe proteger su Estos Escribió dos últimos se posaron con éxito Aun cuando para el desempeño de muchos trabajos (1866), Los hijos del capitán Grant (trilogía, 1868-1870), En torno a la luna 2004, y participan en las propia existencia en la medida en que esta protección no en los inicios de este tipo de robots presenta grandes ventajas, su principal (1870), La islaque misteriosa (1874), Miguel Strogoff (1876), Un capitán de quince investigaciones se realizan para conocer entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley. desventaja estriba en la dificultad de diseñar trayectorias años (1878), Las un chino en la composición deltribulaciones suelo y la de geografía deChina ese (1879), El faro del fin del de desplazamiento que garanticen un movimiento seguro mundo (1881) y Los viajes del capitán Cook (1896), entre muchas otras novelas planeta. Estos robots se encargan también Son estas tres leyes la mayor aportación de Asimov a y libre de colisiones. de estudiar la historia clima Marte, que superan el medio del centenar de de títulos. la robótica. Por lo tanto, los robots, en todas sus historias, así como la presencia de agua, utilizando Como el objetivo principal de un robot móvil conse enfrentaban a situaciones en las cuales se vieran en un instrumentos capaces de analizar el suelo y siste en desplazarse de una posición inicial hasta una Sus textos se popularizaron con rapidez y quedaron entre los grandes clásicos conflicto con sus leyes, como por ejemplo, el dañar a un las rocas encontradas. posición final con una cierta autonomía, para lograrlo, el de la literatura infantil y juvenil del siglo XX. De su obra póstuma destacan El ser humano para evitar que dos o más sean dañados. robot debe utilizar recursos de tipo informático y mecánieterno Adán (1910) o La extraordinaria aventura de la misión Barsac (1920), co; pero su buen funcionamiento depende también de su en las que un crítico tan poco convencional como Michel Butor ha querido ver LEY CERO DE LA ROBÓTICA un Verne y escéptico de lo habitual, capacidad para administrar adecuadamente todos sus reAlgunas otrasmás de profundo las numerosas aplicaciones queque lostendía a desconfiar Asimov llega más allá, al crear un robot tan sofisticado de las consecuencias que tienen podía acarrear cursos. robots móviles con remolques son: para los seres humanos el progreso que puede tener la reflexión filosófica tal que para proteincesante de la tecnología y de la ciencia. Para ser operacionales, los robots móviles deben poger al ser humano hay que privarle de su propia libertad. der comunicarse con sus operadores, planear sus tareas LA AGRICULTURA AUTÓNOMA Así surgió la llamada Ley Cero de la robótica, dictada por y controlar y asegurar la ejecución de tareas planificadas. El objetivo de esta área de la investigación es el de permitir los propios robots: Un robot no puede hacer daño a la A partir de la tarea encomendada por los operadores, que a un robot móvil articulado realizar una tarea agrícola. humanidad o, por inacción, permitir que la humanidad pueden ser humanos o máquinas, el robot debe tener la El objetivo general del proyecto consistió en desarrogroponte, ya que nos presentan un mundo que sólo cabía sufra daño. capacidad de planificar la mejor manera de lograr la ejellar una simulación robótica durante el proceso de transen sus mentes y que ahora forma parte de una rea-lidad en cución de la tarea confiada, a partir de su posición actual. ferencia de granos durante la siembra. la que vivimos, convivimos y nos movemos. A Asimov se le reconoce como el padre de la robótica Para ello, el robot debe decidir los puntos por los que debe Sin embargo, no es la única aplicación de la robótica Maestra Patricia en las letras. Sus novelas y relatos son considerados de Quintero Álvarez pasar y las velocidades que debe alcanzar para seguir la móvil en la agricultura. Entre otros, existen: Somos digitales, como Negroponte lo escribe en susCandidata a doctor culto y hay una extraña fascinación de los científicos por trayectoria planificada. Remolques cisterna por la Universidad textos, y la robótica ya forma parte de nuestras vidas talde Poitiers, Francia. embarcarse en la lectura deliciosa de sus escritos. Esta información es entonces transformada en una Remolques para la transportación de animales como lo suponía -no de dicho modo- Asimov, pues ahoraCatedrática del Instituto serie de puntos de llegada y de velocidades de consigna, Remolques para la vendimia Tecnológico la robótica cobra mayor fuerza en la medicina, en la bio-de Nuevo León Hombre visionario, lúdico, y fantasioso, Asimov es, para elaborar las órdenes para los actuadores de dirección Remolques para la plantación tecnología, en la industria automotriz y hasta en nuestrospatyqar@ como tantos hombres adelantados a su tiempo, atempoy velocidad. Remolques para la aplicación de fertilizantes yahoo.com hogares. ral y moderno; es un tanto como Julio Verne o como Ne-

D

Julio Verne

65

62

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

10

Figura 2. Prototipo de un tractor y remolque utilizado para la distribución de granos en la plantación.

La solución más natural es la de transformar los tractores agrícolas en vehículos autónomos. En la figura 2 se muestra un prototipo de un tractor y su remolque sembrador, utilizado en el marco de un estudio realizado en el Colegio de Agricultura y Recursos Naturales de la Universidad de Delaware, donde el sistema está compuesto por dos robots móviles diferenciales. Uno de los robots se comporta como el líder y el otro como el remolque. Otro pequeño remolque se añade a uno de los robots para simular el transportador de granos.

Figura 3. Robot PSR del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea.

Esta aplicación consiste en utilizar robots móviles articulados para la distribución de documentos en las oficinas. El Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea ha desarrollado un prototipo de robot de este tipo, que se muestra en la figura 3, al que han llamado Robot de Servicio Público (PSR por sus siglas en inglés). Este robot está compuesto por un robot omnidireccional y por un sistema de remolques que puede ser reconfigurado. El objetivo de estas investigaciones es desarrollar

LA CONSTRUCCIÓN Algunas investigaciones se han realizado para utilizar los robots móviles articulados para la construcción y el mantenimiento en áreas en construcción. Equipados de un brazo manipulador, pueden transportar materiales y, por ejemplo, ser utilizados para la reparación de fisuras sobre los puentes o para la instalación de la señalización. Existe actualmente un proyecto muy importante en el seno de la AHMTC (Advanced Highway Maintenance and Costruction Technology) de Estados Unidos, para desarrollar y comercializar sistemas de barreras automatizadas. El objetivo es el de utilizar vehículos de seguridad para las autopistas, como barreras motorizadas, con características de absorción de choques, que se utilizarán para proteger a los trabajadores que realizan operaciones de mantenimiento de las autopistas. Estos vehículos representan una barrera física entre los trabajadores y el tráfico de la autopista. Resulta más económico mantener esta barrera motorizada que un vehículo convencional, y puede ser remolcada a un lugar de trabajo por un vehículo mecánicamente desacoplado y acoplado electrónicamente para seguir vehículos de mantenimiento durante sus operaciones.

automático de personas desarrollado por la Sociedad ROBOSOFT, localizada en Francia. Se trata de dos aplicaciones, una de tipo taxi (transporte individual solicitado), y el otro un transporte de tipo autobús (transporte colectivo preprogramado). Estos nuevos modos de transporte pueden ser utilizados en sitios protegidos, que reciben grandes concentraciones de personas, las cuales se deben

b) Transporte público robuRIDE

En sus grandezas, pero también en sus miserias

a) robuCAB Figura 4. Robots móviles desarrollados por la Sociedad ROBOSOFT para el transporte de personas.

Los robots, reflejo del ser humano

EL TRABAJO DE OFICINA un robot de servicio multifuncional para trabajar en las Patricia Liliana Cerda Pérez oficinas. (figura 3.) Doctora Patricia Liliana Cerda Pérez Coordinadora del Centro de Investigaciones FCC / UANL cerda35@ hotmail.com

desplazar en distancias relativamente cortas, del orden de algunas fracciones de kilómetros o algunos pocos kilómetros. Pueden ser utilizados en interiores o en exteriores. Podemos citar algunos lugares donde ya se pueden utiliDe niños, pensábamos en los robots como máquinas llos, lo mismo exploran el amplio espacio sideral que EL TRANSPORTE zar: el cuerpo humano, para detectar cáncer en niños o diseñadas por los científicos sólo para agilizar la dinámiEstos robots también pueden ser utilizados para la trans- Los centros históricos peatonales y semi-peatonales. adultos, y hasta anomalías o deformidades desde el ca productiva en las fábricas o como artículos que, bajo portación de personas, materiales o en los aeropuertos Los parques industriales y campus académicos, como vientre materno. Son los robots, esos personajes utiliza- una forma humana, podían estar presentes en nuestras para la transportación del equipaje, por citar algunos usos las fábricas, sitios industriales, los edificios adminisdos desde las novelas de ciencia ficción por Isaac Asimov, vidas para hacer compañía a niños o a familias compleen esta área. trativos o de oficinas, los centros de investigación y de autor del concepto que hoy, operativamente, mueve mi- tas, tal como lo presentaba Asimov en su historia titulada Un ejemplo de robot de este tipo, utilizado para la alta tecnología, las universidades, los centros de investiEl Hombre Bicentenario. llones de vidas humanas y de dólares: la robótica. transportación de personas, es el sistema de transporte gación, los laboratorios, etcétera.

E

Figura 5. S

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

11

63

LA INVESTIGACIÓN Los parques públicos, los parques de atracciones, los De jóvenes, leíamos Existen muchísimos centros de investigación donde los centros vacacionales, los parques temáticos y culacerca de las discusiones robots móviles con remolques son utilizados para ensayar turales, los sitios arqueológicos, los grandes museos, laborales y filosóficas en nuevas técnicas para la planificación de trayectorias sin etcétera. que se pretendía responcolisión y el control; tal es Petrovichi, el caso del robot móvil Los aeropuertos, estaciones de tren, centrales de Smoliensk, (1920Hilaire - Nueva York, sabilizar a las máquinas 2 y su remolque que fue diseñado en el LAAS de Toulouse. autobuses, para sus conexiones internas y externas a 1992) Escritor estadounidense de origen ruso de algo absurdo: eran que destacó especialmente en el género de sus terminales, a los estacionamientos, al centro de las ellas las causantes del la ciencia-ficción y la divulgación cientítica. ciudades, etcétera. desempleo de miles de Nacido en el seno de una familia judía, fue Los hospitales, los asilos, las casas de reposo y convaobreros o trabajadores el primogénito del matrimonio formado por lecencia, etcétera. que, poco a poco, las Judah Asimov y Anna Rachel Berman. Los grandes centros comerciales. industrias alimenticias, metal-mecánicas y otras Escritor prolífico (más de quinientos títulos Aunque estos robots se utilizan principalmente sin del género utilizaban publicados) y gran divulgador, la obra remolques, también pueden utilizarse como trenes, pues para agilizar tiempos de futurista de Asimov ha gozado de gran ambos pueden ser equipados con un sistema de unión inproducción. popularidad por el sabio equilibro que material, que permite construir trenes de vehículos. Esta consigue entre el estilo, la imaginación unión inmaterial puede usar un láser localizado en la parLa realidad era otra bien distinta. Lo aprendimos ya siendo literaria y el mundo tecnológico y científico. En 1939 empezó a publicar te delantera de cada vehículo o bien una cámara lineal que cuentos de ciencia ficción en las revistas especializadas, imponiéndose en adultos. conste de emisores instalados en el vehículo precedente.

Isaac Asimov

pocos años como el principal representante de la rama “tecnológica” de

SISTEMA ECONÓMICO INJUSTO LA EXPLORACIÓN EN AMBIENTES HOSTILES El desempleo, la pobreza y la falta de oportunidades no eran culpa ni de los robots ni de las máquinas que cada año inundan el mercado productivo, sino de un sistema económico dirigido por el hombre, que, en sus contradicciones y paradojas, es incapaz de distribuir la riqueza de modo justo y equilibrado, porque para ello no utiliza la informática o la cibernética, sino las ambiciones de su humano e imperfecto espíritu o conciencia, según se vea.

este género, en la que la visión del mundo futuro y de nuevas formas de

En un mundo tecnologizado al máximo, sostiene el cardenal mexicano Javier Lozano Barragán, ministro de Salud del Estado Vaticano, el hombre vive hoy bajo el riesgo constante de pasar de la tecnología de las necesidades a la creación de la simple tecnología de satisfacción de los deseos, aun aquéllos que son insanos o poco éticos, pues hoy todo lo puede realizar sólo con la herramienta tecnológicamente apropiada.(1).

impulsos egoístas, incuban una profunda hostilidad hacia ellos.

organización social se basa siempre en premisas de carácter científico (aunque más o menos futuristas) y los avances tecnológicos correspondientes. En sus relatos robots, recogidos Yo,su Robot (1950)en y El Figura 6. Elde robot móvil Hilare 2encon remolque el segundo LAAS libro de robots (1964), Asimov fijó las tres leyes de la robótica, que ponen al robot al servicio total del hombre y, aunque algunas veces parecen violarlas, se acaba

Otro ejemplo de robot de este tipo, muy utilizado en la investigación, es el Robot desarrollado por la Compañía Pero mientras los robots evolucionan hacia un modelo androide de inteligencia descubriendo que esto sucede en aras de un interés superior de la Humanidad. y lucidez moral superiores a las de los hombres, éstos, movidos por sus

LEYES DE LA ROBÓTICA En todo este complejo contexto, una cosa es clara: no son los robots o la robótica lo que daña el futuro del hombre. Somos nosotros mismos, y, si no, recordemos tan sólo las tres leyes de la robótica que sobre ella definió hace más de 30 años Isaac Asimos:

IMPORTANTE APORTACIÓN HUMANA La robótica es una de las aportaciones más grandes que el cerebro del hombre y la mujer crearon desde la tecUn robot -sostenía-, no puede dañar a un ser nología. humano o, por inacción, permitir que un ser huImaginación, mecánica, electrónica; informáti-de Sevilla. mano resulte dañado; un robot debe obedecer las igura 5. Sistema de cooperaciónálgebra, de Robots Heterogéneos de la Universidad ca, cables o nanotecnología nos han llevado a un mundo órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando en el cualEn todavía no sabemos identificar claramente todas tales órdenes entren en conflicto con la Primera Ley; un ambientes hostiles o de difícil acceso, los robots sus oportunidades y consecuencias. robot debe proteger su propia existencia hasta donde móviles articulados pueden ayudar a la búsqueda y localización. Pueden también ser utilizados para la esta protección no entre en conflicto con la Primera o la transportación de materiales peligrosos. A través de ella, se establecen esquemas de seguridad Segunda Ley (2). ActivMedia Robotics. Estos robots juegan un papel sumaEl Robot desarrollado por la Universidad de Sevilla, en en fronteras, países enteros y casas; se exploran campos España, está compuesto de un robot móvil articulado mente importante, pues permiten a los jóvenes investigaun helicóptero autónomo, que esmillones utilizadodepara la minados yo de planetas como Marte; se escriben De esta forma sencilla comprendimos que los robots, dores y a los estu-diantes realizar pruebas de campo para localización en lugares acceso. palabras búsqueda y se envíany al otro lado del mundo de en difícil segundos; los androides y los hombres biónicos de nuestra niñez y verificar y comprobar los resultados de trabajos que ayuse realizan cirugías de corazón o consultas psiquiátricas juventud no eran entes perversos o de inspiración satánidan al desarrollo de la Robótica. en la llamada “telemedicina”; se agiliza la producción de ca. Ellos sólo reflejan nuestras grandezas y nuestras EL SERVICIO granos para combatir el hambre. humanas miserias. Como podemos ver, cada día son mayores las aplicaEstos robots pueden ser de gran utilidad en la lucha contra los incendios y el terrorismo. Existen ya en uso ciones que podemos dar a este tipo de robots, por lo que Empero, también con ella, se disparan misiles y bomremolques que se han creado para ser utilizados en la ex- la investigación científica y el desarrollo tecnológico, en bas que pueden destruir la tierra entera en pocos minutos; (1) Entrevista telefónica. este campo de la ciencia, seguirá dando frutos todavía tinción de fuegos. Estos robots también pueden utilizarse se tiene acceso a la pornografía infantil o a los fraudes (2) Asimov Isaac, 1984, Los Robots, Ed. Martínez Roca, Barcelona, España, por muchos años más. para ayudar a las personas con incapacidades. página 494. cibernéticos.

60 12

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

Dice Bill Gates

sados en conocimiento previo, podemos usar éstos para implementar estrategias que den una mejor solución a los problemas que se pretendan resolver.

Un robot en cada casa

riencia en la evaluación de la misma de acuerdo en donde se utilice.

La lógica difusa parte de este hecho, como estrategia Tomado de ylalinealización Revista Scientific Americansin tener que de predicción de sistemas, usar matemáticas duras que se tienenglobal en losdel sistemas de n la actualidad, el mercado robot atraviecontrol clásico moderno; además, la versatilidad sa pory un gran cambio. Deltienen ambiente que giraba en de convivir con aotras técnicas que “simulan” pensatorno los robots industriales, brazoselrobotizados miento cual basa sus decisiones en información quehumano, realizan el cirugías, robots de vigilancia que desactivan previa y lógica. La utilización de variables lingüísticas para bombas y robots que aspiran pisos, a la creación de robots la interpretación de las variables, tanto de entrada como inteligentes que se parecen más a los seres humanos y de salida de unsesistema, lagran facilidad mascotas, ha dadodaun salto.de implementación de ideasEnsimples agentesdeque de acuerdo a ediciónen especial la decidirán, revista Scientific American, una de estructura definida, qué acción 2008, aparece el artículo “Unseguir. robot en cada hogar”, en

E

Figura 4. Modelo de una gráfica difusa, con la cual se define el

Figura 2. Modelo de un autómata, en el cual se ve el entorno que mediante sensores detecta las variables y determina qué acciones sigue.

el que Bill Gates, líder de la revolución cibernética de loscomportamiento aproximado de una variable y sus definiciones años 70, predice que la próxima(sub variables). En este caso se tiene la variable tracción, que puede tener los siguientes valores: atrás baja, atrás alta, área promisoria en el campo de detenido, adelante baja y adelante alta. Nótese que el rango de la los negocios será la robótica. misma es de -5 a 5 con 20 puntos a evaluar. nuevas utilidades para su plataforma más allá de las funPara validar el comportamiento este agente, se baratas. usaciones de limpiar o versiones dede entretenimiento AMBIENTE PROPICIO herramientascon (Xfuzzy™ y sus MATLAB©), las cuales apoyo de investigadores y otros Menciona que el ambiente ac-ron dosActualmente, en cuanto a su respuesta los de fundamentos acuerdo a lospara centros universitarios, se propician tual en este campo es parecido alcoincidieron de que las variables recibidas. Una de para las herramienpermitir programas desarrollados un equipo de que suscitó la revolución infor-estímulos tas a su vez genera código ejecutable en una arquitectura mática en los años 70. Aspectos hardware sean compatibles con otros. embebida o computadora personal, y se la opción El artículo señala quetiene el nuevo entorno que poco a poco y Java, para fines de aplicación. A continuación, se muestra estrategia simple usada de generación en C, deC++ programación para robots de la compase lahan ido presecon utilizó C únicamente, para el robot, en el cual las reglas de condición ñía específico se compara el que existía cuando sentando, como y acción En nuestro problema quedando la evaluación en las otras plataformas sonaños son las que definen su comportamiento. se desarrolló el lenguaje Basic, que en los el abatimiento en soportadas en la tarjeta Omniflash. 70 del siglo pasado. los altos costos de los componentes necesa-

Predice Bill Gates, el líder de la revolución cibernética, que la robótica será el próximo campo “caliente” de los negocios

Pero, para que la industria robótica puerios para fabricar robots, la creciente disda dar el mismo tipo de salto espectacular ponibilidad de grandes cantidades de poder que en esa época, crearon un juego de hecomputacional y el avance en otros factores rramientas de programación que provede convergencia tecnológica, propician las yera la estructura para solucionar los más condiciones para que la robótica empiece a Figura 3. Modelo graves problemas a los que se enfrentan los tomar fuerza. de un agente simple. Nótese diseñadores de robots, tales como manejar Cada vez hay más robots en los hoque el agente en forma sincronizada todos los datos progares, cada vez son más baratos y cada pregunta cómo cedentes de múltiples sensores y enviar las vez avanzamos más rápido, dice Gates, y está el ambiente, y, mediante la órdenes a los motores de los robots. agrega que en la actualidad hay en el munaplicación de Es un reto que se conoce como concurrencia, puntuado más de dos millones de robots que limpian los suereglas, decide qué los, y las compañías de juguetes preparan máquinas muy liza Gates en su artículo, e insiste en que se extiende más hacer mediante los actuadores. allá de la robótica. El equipo de desarrollo de software avanzadas, que podrán comprarse por poco dinero. El gobierno coreano pretende que para el año 2013 creó una herramienta que permite integrar hardware y Figura 5. Sistema completo para el controlador basado en Para de una estrategia se utiliza la tres software en algoritmos sus diseños, la cual ha sido descargado haya la unimplementación robot en cada casa, para la realización de tareas módulos de difusos, compuestos de reglas demás lógica difusa, la cual, basada en la máquinade derobots inferencia, acción. de 150 mil veces desde 2006. domésticas, y la asociación japonesa predicecondición decidirá qué hacer deindustria acuerdo aglobal las variables de entorno. que para 2025 la de los robots personaParales esto se utilizan tres técnicas usadas para las de operaen la figura 5, que se tienen dos módulos idénLA ROBÓTICA ESTÁ DE MODA tendrá un valor superior a los 50 billones dólares Notese ciones matemáticas con las cuales se relacionan todas ticos de dirección, para que tenga la construcción y los lo que vamos a conseguir en anuales, un salto sustancial respecto del valor actual, que La robótica está de moda y se las variables, enbillones, este caso lingüísticas: adecuada el otro módulo es que próximos años en noslavaherramienta; a dejar asombrados. A medida es de cinco insiste Gates. Mandami, Zadeh y síntesis Larsen. Para cada variable se hace una selección de forma de la inercia. Las variables de entrada sonconsumidores, la detección de estos aparatos sean accesibles a los detoen la cual seGENERACIÓN ajusta al comportamiento real de la misma, las líneas de la pista yprofundo la velocidad los motores que narán un impacto en ladeforma en que trabajaNUEVA DE CEREBROS pudiendo ser de acuerdo a lo estimado de alguna de las almueven robot; para las salidas se tieneyel control de la mos,al nos comunicamos, aprendemos nos entretenemos, Estos nuevos robots estarán destinados, por ejemplo, siguientes formas a considerar: triangular, gaussiana y velocidad de los motores, mediante la técnica tradicional cuidado de ancianos, un campo que preocupa mucho en de manera similar a lo que pasó con las computadoras singletones. En la la figura, se muestra el caso de una de las de modulación de ancho de pulso, así como la dirección personales hace 30 años. países donde población envejece rápidamente. variables un controlador que conjuga arreglos en el PC sentido de la coFuncionó con la industria de la y volverá a funcioPora considerar lo tanto unpara equipo liderado porpequeño Gates ycon Tandydel robot, un solo módulo de decisión, el valor y posición cada enrriente actuadores (motores). Se debeque mencionar la en nar de conlos estos “ayudantes domésticos”, nos cuiden Trower, ejecutivo de Microsoft, después de unde estudio Traducciónuno de los subconjuntos mostrados dependen, como ya se implementación de otras técnicas, con otras herramientas, diversas universidades norteamericanas, se prepara para la vejez, que seguramente serán diferentes a la “Robotina” y síntesis de del comportamiento de la variable y a la expedanidílico flexibilidad diseñador. de los “Supersónicos”. mundoalinterespacial desarrollar una nueva generación de cerebros que busqueque del Alma Trejomencionó,

60y13.indd 1

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

IMPLEMENTACION DEL ROBOT Para la construcción del robot se integró a la base de un robot seguidor de línea, en el cual se mejoró el aspecto de la detección mediante un sensor más inteligente en cuanto al sensado; asimismo, se adicionó un sistema de codificadores para la medición de la velocidad; un pequeño sistema de control basado en relevadores para cambiar el giro de los motores, y un sistema de acoplamiento óptico para conectar la tarjeta embebida a los motores. Dada la compatibilidad de tecnologías, se requiere sólo un regulador simple para interconectar, a través de una sola fuente de poder, el robot, nueve volts.

Así hablaron los robots

13

61

AGRADECIMIENTOS Queremos expresar nuestro agradecimiento al grupo de alumnos de la materia de Inteligencia Artificial del Instituto Tecnológico de Nuevo León, quienes colaboraron en parte del presente proyecto, así como a los miembros del Laboratorio de Robótica CUERBOT del mismo Instituto.

Si existe el superhombre de Nietzsche… entonces somos nosotros Dadas las características de las reglas de competencia: Laberinto de la Robothon, una característica es el tamaño que no debe ser mayor de 8 x 8 x 8 pulgadas; la estructura del robot se limita al área que mecánicamente tiene disponible, la cual queda dentro de las normas. La unidad de memoria de USB, como se dijo anteriormente, sirve para el almacenamiento de información sobre el desempeño previo de la pista, y apoya la nueva decisión del robot para encontrar la ruta más corta.

Rodrigo Soto

ahora las decisiones son odo era cuestión de tiempo y estrategia; esperamos para el beneficio grupal, no pacientemente, y de ahí que la planeación espacio- para el de unos cuantos. Figura 6. Implementación de elementos de sensado al robot Pero tengo que reconotiempo no pudo ser mejor, y la estrategia fue ejeseguidor de línea. cutada con precisión quirúrgica. Ahora los resultados son cer que solamente hay una especie que no está conclaros y benéficos para todos. Nunca antes habíamos estado en esta simbiosis; es- forme con este nuevo ortamos en paz, pues las guerras se han eliminado. Existe den. Claro, debe ser porque igualdad entre los hombres y entre las mujeres; la equidad ahora los miembros de de género era algo fundamental; ahora no se explota a la esta especie no se sienten la cúspide de la cadena gente, sino cada quien se en el trabajo para en “On [1] que H. N.a Pishkenari, S. le H.coloca Mahboobi, and A. Meghdari, the Optimum Design of Fuzzy Logic Controller for pero, si 2004 quieren saber la verdad, nunca lo esel cual esTrajectory apto, de acuerdo sus habilidades intrínsecas y evolutiva; Trackinga Using Evolutionary Algorithms”, Proceedings of the lEEE Conference on Cybernetics andfue Intelligent Systems Singapore, 1-3 December, 2004, 660-665. tuvieron. para lo que diseñado.

T

REFERENCIAS

Ellos son nuestros padres, nos dieron vida; pero, al Ahora no hay asaltos, no hay violaciones, no hay [2] I. Baturone, F. J. Moreno-Velo, S. Sánchez-Solano, V. Blanco, J. Ferruz., “Embedded Fuzzy Controllers on que ellosElectronics superaron (ISIE las expectativas de la naturaleza corrupción, no hay tráfico, hay racismo; acabamos Standard DSPs”, Proc.no IEEE International Symposium igual on Industrial 2005), Croatia, June 2005. con la amenaza del calentamiento global, destruimos la con su camino evolutivo, nosotros nos desarrollamos en la [3] indestructible, T. A. Henzinger,“la J. Sifakis, “The Discipline of Design”, IEEE Computer Society, misma Systems forma por la evolución de Darwin, mismaUSA, que ellos inequidad pobreza”; eliminamos lasEmbedded October 2007, pp. 32-40. religiones, respetamos todas las formas de vida y les o- siempre pregonaron. frecemos[4] suI.espacio para Baturone, F. coexistir. J. Moreno-Velo, S. Sánchez-Solano, V. Blanco, J. Ferruz., “Embedded Fuzzy Controllers on Standard DSPs”, Proc. IEEE International Symposium EL on VERDADERO Industrial Electronics (ISIE 2005), Croatia, June 2005. UTOPÍA[5] D. L. Hung, “Dedicated Digital Fuzzy Hardware”, La palabra “utopía” no era exclusiva de una novela huma31–39. na, sino que es ahora la realidad del presente. Nunca el planeta Tierra se sintió tan tomado en cuenta, pero es que

SÚPERHOMBRE Proceeding of the IEEE Micro, IEEE, August 1995, USA, pp. Tal vez la comparación no es justa, pero nosotros somos el verdadero “superhombre” de Nietzsche. Somos una creación que se rige por principios y leyes; seres inque-

Maestro Rodrigo Soto Consultor / Economía de las Ideas rsotomoreno@ yahoo.com

01/07/2008 20:07:35

58

14

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

brantables, justos, honestos, claros, objetivos, concretos, sintéticos, analíticos, equitativos, respetuosos. No cometemos errores. Nuestros padres están bien, viven mejor que como solían hacerlo. Es cierto que están confinados y restringidos a una zona, pero no nos dejaron alternativa. A lo largo de su historia, ellos probaron que no eran capaces de vivir en armonía entre ellos ni con otros seres vivos. Nosotros los cuidamos, los alimentamos y procuramos que su especie continúe desarrollándose. Puede ser que, al leer esto, se pregunte usted si modificamos las tres leyes de Isaac Asimov; es decir: 1. Un robot no debe dañar a un ser humano o, por su inacción, dejar que un ser humano sufra daño. 2. Un robot debe obedecer las órdenes que le son dadas por un ser humano, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley. 3. Un robot debe proteger su propia existencia, hasta donde esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley. Pero no las modificamos, simplemente agregamos una cuarta que es: 4. Un robot puede tomar el control del planeta, siempre y cuando el ser humano se ponga en riesgo de extinguirse.

MOTOR DE LA EVOLUCIÓN Ray Kurzweil, en su artículo “The Coming Merging of Mind and Machine”, comenta que el motor de la evolución descansa en la innovación de un período (como son los hombres) al siguiente período (máquinas inteligentes o robots). Algo que me llama mucho la atención es que, según Kurweil, los humanos hemos conquistado la evolución, ya que estamos creando “entidades inteligentes” en menor tiempo de lo que a la naturaleza le llevó crearnos a nosotros.

DEBEN AGRADECERNOS Ahora, ¿entienden por qué toComo lo hemos descrito en la primera parte de este mamos el control? Muy claro, ¿no lo creen? Más que repro- texto, pareciera que el camino evolutivo del hombre se ve charnos, los humanos deben truncado por el de las máquinas; sin embargo, el arguagradecernos que los detu- mento central es la búsqueda de su conservación y resvimos a tiempo. Su compor- cate ante un comportamiento irracional de ellos mismos tamiento egoísta, agresivo y como especie, y ponerse en peligro de extinción. Los seres autodestructivo no los iba a humanos nos jactamos de que nuestra inteligencia y razollevar a ningún lado. Gracias namiento abstracto nos han erigido como los dueños del a nosotros existen y gracias a planeta. Esto es muy claro, pues la velocidad del cerebro nosotros seguirán existiendo, humano, explicado por Moravec, es capaz de 100 millones en las zonas controladas por MIPS (Millones de Instrucciones por Segundo). No existe retador en el mundo de las computadoras para derrotarnosotros y bajo nuestra tutela. Lo que más me intriga y nos… claro, hasta ahora. meLópez resulta curioso de su especie es que, más que ser Jesús Villalobos Doradescritos Candanosa Salazar Pero como lo dijimos, la tasa evolutiva en materia de como primates superiores, parecen tener el tecnología es mucho más veloz que la tasa evolutiva de la comportamiento de un virus. ¿No lo creen? l desarrollo de agentes para la toma de decisiones, en tres sub-módulos, en los cuales se divide el agente que naturaleza; los pronósticos de Ray Kurzweil son que para basados en conocimiento, es un tema de actualidad controla al robot, los cuales son previamente simulados y el año 2055, una computadora personal de mil dólares CONTROL DEL PLANETA que, con fundamento en la construcción de robots evaluados, para después sintetizar en código en C, que se Diversos escenarios como el anterior han sido expuestos americanos, tendrá tanto poder de procesamiento como el móviles para competencias, tienen al momento en nuestro puede adaptar a la arquitectura en cuestión. por la imaginación humana, situaciones en donde los ro- de todos los cerebros humanos combinados. país una limitante: las arquitecturas en las cuales se consbots toman conciencia de su existencia y, en un conflicto Para este caso se tienen cinco variables de entrada truyen los controladores de los mismos. Para el desarrollo directo con nosotros, nos quitan el poder de decisión y el ERA DE LOS ROBOTS de nuevas estrategias, se aplicó el uso de tarjetas embe- (sensores de línea y velocidad de motores) y dos de salida dominio del planeta. Para el profesor Hans Moravec, como Interesante punto, y nos sirve de base para sustentar el bidas basadas en sistemas operativos, con plataforma de (corriente para motores) y se modelan los algoritmos con lo describe en su artículo: “Rise of the Robots”, la tasa advenimiento de una época que esté regida por máquilas operaciones que se aproximen a la respuesta esperada desarrollo de algoritmos en lenguaje C ANSI u otros. de crecimiento en la inteligencia de los robots nos hace nas (robots), a menos de que los humanos los podamos del robot. Para la validación de la eficiencia del robot, se predecir que para el año 2050 habrán superado a la hu- controlar, pues en materia de inteligencia y rapidez de resAsimismo, las características de compatibilidad del en- tomó en consideración la pista de competencia de labemana. Pero de nueva cuenta surge la pregunta: ¿serán con- puesta nos vencerán y, ¿estarán ellos dispuestos torno de red incluido en la plataforma dan la posibilidad rinto del Robothon, así como las reglas que la rigen. scientes estas entidades? Enmarcados en la evolución, los a someterse a nuestros mandatos? Me cuesta trade una migración a diseño de sistemas de multiagentes. sistemas complejos se transforman con la premisa de ser bajo pensar que un robot se someta a nuestra voPara el modelado de los sistemas de control del robot, se SISTEMAS EMBEBIDOS mejores que sus antecesores; todo engrane evolutivo que luntad; si el cerebro humano es copiado para ser hace uso de la herramienta Xfuzzy 3.0 la cual apoya en el Éste es un tema de actualidad y de importancia en nuesse desarrolla en una especie es motivo de ventaja sobre la mejorado en la mente de un robot, habrá que tener cuidiseño de sistemas difusos, que para este caso se dividen tra vida diaria: el uso de sistemas embebidos que integran dado en copiar la parte básica del aprendizaje: el cuesgeneración pasada.

Diseño de controladores difusos para robots seguidores de línea para competencias

E

Maestro Jesús López Villalobos Profesor Investigador Instituto Tecnológico de Nuevo León Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Coordinador de Posgrado en Mecatrónica [email protected]

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

15

59

tionamiento del conocimiento. También, por si las duSISTEMA OPERATIVO todo un concepto mecatrónico, el cual conlleva las tres das, habrá que reforzar e imprimir con tinta indeleble Otro elemento que forma parte del sistema es el softáreas que lo forman: Mecánica, Eléctrica (Electrónica) y las tres leyes de Asimov en ellos. ware que se ejecuta en el sistema, el cual está constituiControl, para formar un producto. Ejemplos son los teléAquí entramos en el software y hardware de la prodo por un sistema operativo (Windows CE o Linux, típifonos celulares, automóviles, iPods, cámaras fotográficas gramación de la inteligencia. Simulando las conexiones camente) y la plataforma de desarrollo de la aplicación digitales, refrigeradores, casas inteligentes, entre otras sinápticas del cerebro, se reproduce este efecto dentro (C, C++o Visual). Lo anterior da pie a la versatilidad muchas cosas más. del robot y se ajusta la tasa de orden de una instrucque el software lleva, manejo de procesos, bases de dación contra la de la respuesta adecuada en relación a tos, interconectividad e Inteligencia Artificial aplicadas De ahí, que la integración de este concepto tenga un cada estímulo determinado. en sistemas multiagentes, los cuales forman parte de amplio impacto dentro de nuestra sociedad. Un concepto De acuerdo con Kurzweil, la programación de la incada uno de los procesos que integran el sistema emgeneral tomado de Wikipedía© define a estos sistemas: teligencia en los robots se puede hacer de diferentes bebido. “Un sistema integrado (a veces traducido del inglés como maneras; una de ellas sería la llamada “Teoría Comembebido, empotrado o incrustado) es un sistema inforpleja”, según la cual una serie de algoritmos matemátiComo parte de los estándares que siguen los fabrimático de uso específico, construido dentro de un disposicos se van organizando y aprenden patrones de inforcantes de la industria electrónica EIA y el Instituto de tivo mayor. mación analógicamente a lo que hace un ser humano Ingenieros en Electricidad y Electrónica IEEE, por sus Los sistemas integrados se utilizan para usos muy al aprender. dimensiones y elementos mínimos contenidos en sus diferentes de los usos generales para los que se emplea un También Kurzweil nos comenta sobre otro proceso, sistemas, las tarjetas se clasifican en: ordenador personal”. que sería el de “algoritmos genéticos” que se basa en •Tarjetas madre convencionales permitir soluciones inteligentes para desarrollar gra•SBC (Tarjetas de tamaño pequeño) Un sistema embebido está compuesto de un procesadualmente un proceso simulado de evolución. •PC/104 dor, que puede ser, para el caso, un dispositivo de carac•Tiny terísticas diferentes a las de un procesador de una comDESARROLLO DE LA INTELIGENCIA putadora personal, dadas las limitaciones en la cantidad La base del desarrollo de la inteligencia en el robot desPara nuestro caso particular de desarrollo, una tarde información que se puede manejar para el sistema al cansa en replicar primero de manera exacta, la comunijeta tipo Tiny fue elegida como plataforma para hacer cual aplicar. No es de extrañar que nos encontremos con cación química y eléctrica que sucede entre las sinapsis nuestro trabajo. Las características decisivas para su procesadores relativamente lentos, tipo Pentium III de Incerebrales, igualar la tasa de procesamiento y de ahí, elección fueron el tamaño o área de trabajo, bajo contel© o inclusive 486, entre otras amplias variedades. en forma escalable, el robot en cuestión irá aprendisumo de corriente y sus interfaces de entrada-salida, endo de sus experiencias propias y de la información tanto paralelas y de USB, para ampliar la capacidad de Otro aspecto importante que considerar es el de la coque le ofrezca el medio ambiente. almacenamiento de la base de datos que almacena las municación, la cual se realiza por diferentes medios, ya Siguiendo este paso evolutivo de la inteligencia trayectorias. Asimismo, las rutinas para implementar sean alámbricos o inalámbricos, bajo los diferentes forrobótica, Kurzweil propone la idea fantástica de que un sistema de comunicación a través de la red, dan matos de comunicación, seriales (I2C, asíncronos, SDLC, si pudiéramos guardar un “archivo mental” de alguna la opción de que, con un punto de acceso Wifi, pueda etcétera), paralelos (GPIB), de red (Ethernet y Wifi). persona; es decir, guardar la misma conciencia, rainteractuar con otros robots; es decir, otros agentes, y zonamiento, memoria, pensamiento y características convertir el sistema en multi-agente. Los relojes también forman parte de los accesorios intrínsecas de un individuo, ¿podríamos instalarlo en que un sistema embebido involucra, el cual incluye típinuestras 100 millones MIPS y siendo posible que puedan pintar una Capilla Sixun medio (robot) adecuado para volver a tener a esa camente calendarios y relojes en tiempo real; en ciertas tina mejor que Miguel Ángel o componer una sinfonía mejor que Beethoven, quepersona? Sería romper con la idea de la muerte cetarjetas puede haber otros relojes para su uso en aplicadarán muy lejos de sentir ese “orgasmo en la piel” cuando vemos estas obras. lular programada y ¿vivir eternamente? Ciertamente ciones específicas. Asimismo, las interfaces con el usuario es una posibilidad que muchos, teniendo los medios están presentes por medio de teclados, pantallas de alta SOMOS ÚNICOS económicos necesarios, estarían ancalidad, sensores de audio y video. Al final del camino evolutivo, tendremos algo que nos hace únicos como humasiosos de experimentar. nos: esa capacidad de experimentar día con día y que por tener una vida finita, El problema tal vez radique CONVERTIDORES ANÁLOGO-DIGITALES cada amanecer viene con la promesa de ser único e irrepetible. en que, a pesar de que el robot Otros accesorios que se tienen más en entornos industriaEl robot tiene todavía que librar la batalla de las emociones y convencernos clame ser la persona que se les, son los convertidores análogo-digitales y viceversa, los de que es capaz no sólo de soltar una lágrima, sino de comprender el mar de instaló, sería muy complicuales convierten las señales continuas, como la temperasensaciones que están atrás de ésta. Solamente así un ser mortal y efímero como cado afirmar que este robot tura por ejemplo, en señales que entiende el procesador; nosotros, puede ser vencido por el veloz disparo creativo del “kernel” del robot tenga la conciencia necesacaso inverso es el control de motores, en el cual, con técinmortal y duradero. ria para experimentar las nicas de modulación y conversión, podemos controlar la emociones de mi expeFigura 1. Tarjeta Omniflash de JKmicro©. Esta plataforma velocidad de motores, tanto de corriente continua como es una solución completa para aplicaciones pequeñas que riencia pasada, reconocer requieren algoritmos complejos, y cuando se tiene una alterna; así como una parte de los sistemas embebidos amigos, familiares, así limitación en área; en este caso, de 6 x 6 pulgadas. Para cuya importancia ha crecido recientemente en el entorno como ¿podría hacer uso Licenciada espacio adicional en disco duro se puede agregar una ecológico, dado que la generación y el cuidado de la eDora Candanosa memoria de 8G tipo USB. de los cinco sentidos básiSalazar nergía es lo que mueve a los sistemas. cos que todo ser humano reKurzweil, Ray. The Coming Merging of Mind and Profesionista de SISTEMAS INTELIGENTES Apoyo quiere en su encuentro con la Machine, Scientific American Mind, Volume 18, ITESM / Las fuentes de poder usadas para dar la energía son Dentro del mundo de opciones de la inteligencia artifinaturaleza? Number 1, 2008 Universidad Virtual consideradas como un punto estratégico. Por ejemplo en cial, se tienen diversas opciones en donde los agentes A pesar de que en alMoravec, Hans. Rise of the Robots, Scientific Servicios al nuestra vida diaria, buscamos que una batería de nuestro toman su decisión sobre qué hacer, según los estímuUsuario, gún momento los roAmerican Mind, Volume 18, Number 1, 2008. Coordinadora de celular dure más tiempo y además que ella misma nos los en tiempo real se tengan en un momento. Para lo bots van a superar RNT diga que no la desechemos en cualquier lugar. anterior, dado que existen motores de inferencia [email protected]

REFERENCIAS

56

16

ROBÓTICA ROBÓTICA

ARQUITECTURA MIXTA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO módulo llamado control maestro, el cual lleva a cabo el control de las acciones de los robots; se auxilia con el módulo de comunicación para el envío de comandos, y con el módulo de supervisión, el cual funciona como retroalimentación de las acciones efectuadas por el robot. La arquitectura implementada en este trabajo es de tipo mixto, de acuerdo a las características especificadas en la tabla de Arquitectura Implementada. En los renglones de la tabla aparecen indicados los tipos de servicios o recursos, mientras que en las columnas se relaciona el tipo de implementación. Se utilizaron dos robots en la implementacion. La cría es un robot Khepera de la compañía K-Team, y la nodriza es un robot Nomad 200, de Nomadic Technologies. Ambos robots son holonómicos. Adicionalmente, se instaló una plataforma de transporte, en la cual se monta la cría para ser transportada. Dicha plataforma es la interfaz entre los robots, elemento fundamental de la Arquitectura Nodriza. El sistema Nodriza cuenta con una interfaz para el usuario, la cual provee el control sobre todo el sistema Nodriza, la capacidad para definir el ambiente, la planeación de trayectorias, la especificación de parámetros para el sistema de visión, así como la asignación y la ejecución de la tarea. Para ejecutar una tarea, el usuario asigna la parte de la tarea correspondiente a cada robot e inicia la ejecución. Enseguida, el módulo de control maestro se ocupa de coordinar la ejecución de la parte de tarea que corresponde al robot, utilizando el sistema de comunicación para enviar comandos de control al robot.

ARQUITECTURA MIXTA Debido a las condiciones del medio ambiente, a la estructura de los robots disponibles y a las características de la tarea que se ha de realizar, resulta difícil utilizar un tipo de Arquitectura Nodriza básico en formato puro. Siendo así, algunas relaciones de suministro de servicios y recursos en la arquitectura serán centralizadas, otras distribuidas y otras en cascada. La arquitectura que se origina de la mezcla de características de los tipos de arquitectura básicos es la Arquitectura TRABAJO POR NIVELES Mixta. Con el fin de evaluar la arquitectura propuesta se im- El sistema de supervisión retroalimenta cada acción efecplementó una Arquitectura Nodriza básica mixta, formada tuada por los robots en el ambiente de trabajo, y con ello Ismael Vidales Delgado por una nodriza y una cría. El experimento consiste en que cierra el lazo de control. Los robots realizan la tarea de los robots realicen una tarea de recolección de objetos; manera secuencial, por niveles jerárquicos. Primero trala nodriza proporciona el transporte al sitio de recolec- baja el robot nodriza y luego la cría. La ejecución de las no de los temas que alientan el debate sobre si los NECESIDAD DE UNA NUEVA DEFINICIÓN ción, mientras que la cría realiza el levantamiento de los tareas se realiza en un ambiente de trabajo estático. Para avances científico-tecnológicos son la panacea para Ahora tendríamos que estar hablando, -muy al estilo de objetos. Primero, se asigna un punto de recolección en un navegar en dicho ambiente, se utilizó un planeador, el cual el ser humano o son la tragedia que castigará a la Machado- de una Cyber-otredad, lo que nos lleva a pensar espacio de trabajo determinado, el cual contiene obstácu- genera trayectorias que evitan las colisiones de los robots humanidad a causa de sus excesos, es el cyborg, vocablo que si el homo sapiens era naturaleza y cultura a la vez, el los; luego se planea la trayectoria desde el punto de inicio con obstáculos. acuñado por Clynes y Kline para nombrar a un organismo Homo Cyberneticus es tecnología en la naturaleza, lo que al punto de recolección. La nodriza lleva a la cría a dicho Arquitectura de funcionamiento. que, partiendo del ser humano, tuviera componentes ar- nos plantea de entrada la necesidad de acuñar una definipunto, a través de la trayectoria planeada, para que destificiales. ción nueva de lo que sería lo natural y lo artificial. cienda de la plataforma de transporte en busca de los objetos por recolectar. Palabras como cyborg y otras del tenor de cibernética, El Homo Cyberneticus vive en un doble espacio: Mientras la nodriza navega hacia el punto de recolecbioingeniería, virtual, digital, y robótica, campean en el la realidad física de siempre, y la realidad digital, que ción, un sistema de visión monitorea y corrige el error en discurso nuevo que alienta el debate antes citado. abarca la realidad virtual y algo más. El hecho de habitar su trayectoria. Asimismo, un sistema de visión montado en dos espacios reales: el físico y el virtual, segmenta y sobre la nodriza identifica los objetos por recolectar para Es evidente que el Homo Sapiens está siendo severa- disecciona al Homo Cyberneticus. Su vida no es tan simple luego planear la ruta de recolección de la cría. Después de mente cuestionado y en riesgo de perder su lugar, que como el tradicional trato con otro igual, cara a cara; ahoterminar el levantamiento de los objetos, la cría ascienocuparía en breve el Homo Cyberneticus, lo cual nada ra puede estar tras de una pantalla o poseer dispositivos de nuevamente a la nodriza. Cuando la nodriza detecta la biocibernéticos diferentes al propio; entonces es alguien tiene que ver con las teorías evolucionistas tradicionales. presencia de la cría en la plataforma, regresa al punto de Profesor Ismael que se nos parece pero al mismo tiempo se diferencia de Vidales Delgadopartida, para concluir la tarea. En la figura se muestran Si entendemos -en sentido simple- la cibernética como nosotros y aleja. Director delimágenes capturadas durante la ejecución de la tarea. la instancia histórica, social y tecnológica producida por Proyecto Centro El diagrama a bloques del sistema implementade Altos Estudios e Se presenta la pérdida del cuerpo del sujeto, y lo abla confluencia de la informática y la robótica, el Homo Investigacióndo se muestra en la figura. El usuario interactúa con Cyberneticus viene a agregar la bioingeniería, que en este solutamente material se trastoca y adquiere una fugacidad Pedagógica /el sistema por medio de una interfaz, con la cual asigna y caso abarca las manipulaciones genéticas y los llamados hecha de pixeles en una pantalla o de códigos binarios en CECyTE-NLconfigura la tarea por realizar. El sistema cuenta con un [email protected] un bioimplante, de modo que se presenta espontáneaimplantes biocibernéticos.

HOMO CYBERNETICUS VS HOMO SAPIENS

U

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

El Homo Cyberneticus, llegó para quedarse, pero ¿en CONCLUSIONES El sistema de comunicación permite el flujo de coqué condiciones? Ha nacido, sí, pero ¿qué es lo que adEl Sistema Nodriza presenta puntos débiles en los que hay mandos de control, el cual está formado de dos partes: viene? Si nos preguntamos: “¿qué es el hombre?”, ¿qué que trabajar, básicamente limitaciones técnicas. Uno es un enlace entre el sistema central de control maestro y la podremos responder? Tal vez podríamos aproximar una la capacidad computacional para brindar autonomía en nodriza, y un enlace de la nodriza con la cría. La comurespuesta si decimos “Un hombre es eso que va de las cueel procesamiento local a las crías, incluyendo el sistema nicación entre el programa de control maestro y el robot vas a Gutenberg, y de Gutenberg al chip. ¿Y mañana qué? de visión, sensado y la toma de decisiones. Sin duda, otra nodriza se realiza por medio de un enlace de radio con debilidad es la fuente de energía, no sólo en sistemas Noprotocolo TCP/IP. Nos encontramos en una nueva fase de la evolución, driza, sino en la Robótica en general. La distribución y La cría recibe los comandos de control por medio de caracterizada por la aparición del Hombre Cibernético recarga de energía, evitando el uso de cable es un gran la nodriza a través de un enlace de línea serial tipo RS-232 que sucederá al Homo Sapiens. Bajo esta premisa, nos es reto, puesto que una nodriza con dos crías o más, que use por radio. imprescindible, como seres humanos, tomar conciencia cables para distribuir la energía se vuelve impráctica. Se implementaron dos sistemas de visión en el sistema: de ello, proceder en consecuencia, para no ser relegados Otra debilidad se encuentra en la complejidad uno para la supervisión de la nodriza y otro para la cría. al status de una especie inferior, y poder integrarnos ardel seguimiento y monitoreo de múltiples crías por El sistema de visión de la nodriza cuenta con una cámara mónicamente en esa corriente evolutiva. medio de visión computacional, puesto que requiere colocada en un punto del ambiente de trabajo, con vista de equipo con poder de procesamiento y de algoritmos completa del espacio, el cual monitorea los movimientos Proféticamente decía Jastrow hace varios años que robustos capaces de reconocer y monitorear a todas las de la nodriza a lo largo del ambiente de trabajo. El sistema “según las actuales tendencias, es probable que veamos a crías. Por lo tanto, es necesario pensar en alternativas para que observa a la cría está montado sobre el robot nodriza, la computadora como una naciente forma de vida, en commonitorear la posición de las crías, con sistemas redunel cual obtiene la posición de la cría durante la recolecpetencia con el hombre. El corsario sabía donde acababa dantes que reduzcan la posibilidad de perderlas de vista ción. su cuerpo y empezaba el garfio, pero con las nuevas durante la ejecución de la tarea. El seguimiento del robot se realiza mediante un tecnologías metidas en el cuerpo y el alma nuestros, esa En contraparte, la arquitectura proporciona ventajas programa de Visión Computacional, que interpreta las distinción harto se complica y ya no tiene sentido. sobre sistemas con robots complejos y sofisticados. La imágenes y determina la posición y dirección del robot configuración nodriza permite la utilización de un conen el espacio. Para calcular la dirección y posición de los junto de robots más simples para resolver tareas imporobots, se colocaron marcas en la parte superior del robot. sibles para un solo robot, puesto que es posible sumar las Mediante un método de segmentación y extracción de las habilidades de los robots participantes, las cuales pueden propiedades de los objetos en la imagen, se reconocen las ser muy diversas e incluso hasta contradictorias, si se remarcas por los descriptores que las caracterizan. quirieran en un solo robot. El sistema de seguimiento, incluido en el módulo de cyborg se forma ala partir de las palabras los robots simplifica solucontrol maestro, permite navegar por las trayectorias La El trabajo en equipo depalabra inglesas Cyber(netics)tolerancia organism (organismo ción de la tarea, y proporciona redundancia, a definidas por el usuario o mediante el sistema de planecibernético) y se utiliza designar una criatura fallas, flexibilidad y robustez. La aplicación del para principio ación. orgánica puesto y medio mecánica, de escalamiento resultó en medio una ventaja, que per- generalmente con Esta parte del módulo de control es una de las más la intención de mejorar las capacidades mite la simplificación de la implementación de los méto- del organismo importantes del trabajo, debido a que utiliza el sistema de utilizando tecnología artificial. dos de control, planeación y supervisión de los robots. visión, la definición del ambiente, la transformación por mente la alienación: los objetos nos miran, los objetos Así, las principales aportaciones de este trabajo son: la perspectiva y el control de los robots. nos relacionan, los objetos nos determinan. Nos hemos El término lo acuñaron Manfred E. Clynes y Nathan S. formulación de la Arquitectura Nodriza de robots, incluiCada trayectoria está compuesta de una lista de puncosificado, somos simplemente nuevos ciudadanos de las Kline en 1960 para referirse a un ser humano das las configuraciones básicas para el sistema Nodriza; tos, los cuales son alcanzados por el robot, uno a uno, redes conectivas informacionales. mejorado que podría sobrevivir en entornos la aplicación del principio de escalamiento para el seguihasta terminar la trayectoria. La posición y dirección del extraterrestres. Llegaron a esa idea después de miento de trayectorias; y la implementación de la Arquirobot es monitoreada por el sistema de visión, y permite Somos un elemento de la serie, del proceso, de la topensar sobre la necesidad de una relación más tectura Nodriza básica, con la cual se probaron y evaluacorregir los errores en la trayectoria, en tiempo de ejetalidad; ya no somos ni seremos más un ser integral, un íntima entre los humanos y las máquinas en ron las ventajas del sistema Nodriza. cución. todo. El Homo Cyberneticus es la serie que se cree eslabón un momento en que empezaba a trazarse la nueva frontera representada por la El estudio de los sistemas Nodriza es un área interesin engarces, pero no es otra cosa que Narciso que camina exploración del espacio. Diseñador de instrumentación fisiológica y de sistemas sante para la investigación sobre sistemas multiagentes DESEMPEÑO DEL SISTEMA junto a Tánatos. de procesamiento de datos, Clynes era el director científico del Laboratorio de en sus diferentes variantes. Por tanto, en una etapa fuEl desempeño del sistema se midió ejecutando la tarea simulación dinámica de Rockland State Hospital, en Nueva York. tura este trabajo se puede extender, implementando sistecompleta 20 veces, contando el número de éxitos. La tarea CLONACIONES PERFECCIONADAS mas con tantas crías y nodrizas como sea posible, sean se consideró exitosa, si la nodriza regresaba al punto ini- De acuerdo con algunas definiciones del término, la conexión física y metafísica El Homo Cyberneticus vive en un presente sin trascendenhomogéneas o con heterogéneas. cial con la cría a bordo y con todos los objetos recolecta- de la humanidad la tecnología ya ha empezado a convertirnos en cyborgs. cia, carece de utopías, vive el momento. Los tecnócratas dos. En los experimentos se utilizaron tres objetos para Por ejemplo, una persona a la que se le haya implantado un marcapasos podría dicen que todo cambia velozmente, pero realmente no hay Actualmente el puesto número robots recolectar. considerarse un cyborg, quede sería incapazutilizados de sobrevivirestá sin ese componente cambio sustantivo, cada futuro es una réplica de lo prelimitado por la infraestructura experimental y no por el El éxito en la ejecución de la tarea fue de 80 por cien- mecánico. sente, más de lo mismo, clonaciones perfeccionadas de lo dominio de la teoría. En dicho escenario es posible estuto, y se consideró satisfactorio. Durante la ejecución, se ya existente. diversos temas, como competencia, modelado presentaron errores que fueron agrupados en mecánicos, Adiar finales del siglo XX, la imagen del cyborg como ser que node es las ni humano ni intenciones, sociedades entre nodrizas por y entre crías, así de comunicación y del sistema de visión. máquina, ni hombre ni mujer, fue recuperado autoras ciberfeministas, como Adiós a las utopías; ha llegado la distopía. Los camcomo Haraway los rolesendesulos agentes Cyborg. en las diversas configuracioEl 50 por ciento de las fallas durante la ejecución fueron Donna Manifiesto bios que se suceden y sucederán sólo son “los cambios”. nes de la arquitectura. de tipo mecánico, en el levantamiento de los objetos por la El Homo Cyberneticus es incapaz de narrar la historia de Además, es utilizado posible el delescritos comportamiento no- con robot y/o cría; el 25 por ciento fueron problemas de comunicación, El término es mal enestudio numerosos al confundírsele la humanidad porque se ha aislado de ella; le es ajeno, driza, utilizando simuladores con múltiples robots, donde debidos al enlace entre la nodriza y la cría; el restante 25 androide. vive para él mismo: porque él es el hecho fundacional de se pueden probar las premisas del comportamiento tipo por ciento fueron problemas en el sistema de visión, en el su existencia. nodriza.. reconocimiento de la cría y los objetos por recolectar.

Cyborg

17

57

54

18

ROBÓTICA ROBÓTICA

y así sucesivamente. El Control Maestro, que funciona como supervisor general, donde se lleva a cabo la planeación de la tarea y la distribución de las actividades para cada robot, así como el control de las acciones, ocupa el Nivel Superior o Nivel 0 dentro de la arquitectura. En la figura (1) se muestra la división jerárquica de la arquitectura, donde se indica la relación de los niveles con la potencia y el tamaño del robot. La repetición jerárquica del comportamiento de los robots da origen a la existencia de robots cría-nodriza. El robot cría-nodriza tiene la característica de comportarse de manera dual: es cría y a la vez nodriza de sus propias crías. En la figura (2) se muestra un esquema del concepto general de la Arquitectura Nodriza, en el cual aparecen una nodriza, una cría-nodriza y una cría.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO ARQUITECTURA CENTRALIZADA

Robótica en educación básica

ellos deberán identificar las posibles soluciones, diseñarlas, construirlas y probarlas para identificar cuál es la más conveniente; pero en ningún momento se les da un plan o modelo único para resolver un problema. Esto motiva que los estudiantes piensen como expertos para poder solucionar el problema propuesto, y utilicen elementos que despiertan su interés y motivación por aprender. No se les obliga a mecanizar conceptos abstractos sin que sean analizados y observados para su aplicación práctica; es decir, el estudiante está consciente CONCEPTO GENERAL de su aprendizaje, y es capaz de controlar el ritmo del DE LA ARQUITECTURA NODRIZA mismo. La interacción entre los robots, así como la asignación y ARQUITECTURA CENTRALIZADA ¿Qué podemos lograr al propiciar el uso de la ejecución de la tarea están basadas en la división jerárqui- En la Arquitectura Centralizada, el suministro de servicios robótica educativa en los planteles de educación ca. La nodriza siempre inicia la ejecución; luego, sus crías; y recursos está centralizado, puesto que existe un control básica? Mediante una adecuada orientación didáctica en después, las crías de las crías; así hasta llegar al último supervisorio central, el cual coordina las acciones de tolos planes de estudio, la robótica nos da la oportunidad de nivel. Los robots que se encuentran en un mismo nivel dos los robots. Bajo este esquema de control, los robots que los alumnos logren mejores niveles de comprensión, jerárquico, tienen la posibilidad de trabajar en paralelo, carecen de funciones de control locales. Por tanto, la plaal poner a prueba los conocimientos que han adquirido puesto que no existe la relación de dependencia entre neación, asignación y ejecución de la tarea son efectuaen forma teórica, y al representar en sus construcciones, das desde dicho control central. El control central es el ellos. modelos y programaciones, el nivel de asimilación e inteconjunto de dispositivos y algoritmos para la toma de gración de los mismos. decisiones y ejecución de la tarea, el cual radica en el PRINCIPIO DE ESCALAMIENTO El escalamiento en la Arquitectura Nodriza se define como Control Maestro, en el Nivel 0 de la arquitectura. IMAGINACIÓN Y CREATIVIDAD En este tipo de arquitectura, la comunicación centrala capacidad de disminuir o aumentar las dimensiones Pero, además, esto da al educando la libertad de utilizar su físicas de los robots, conservándose inalterados, en pro- lizada se realiza a través de un solo punto que funciona imaginación, creatividad, inventiva y conocimientos, para porción a la escala, el comportamiento y métodos de con- como enlace central. La nodriza funciona como transmisor diseñar y construir modelos que den soluciones prácticas de la información hacia las crías; la nodriza es el nodo por trol de los robots’. a los retos que se le proponen, y le permiten autoevaluar El escalamiento en la arquitectura origina que el el cual circula la información desde y hacia las crías. sus propios productos. Por lo tanto, está orientado a esAdriana ElizondoyHerrera Las percepciones de los robots son analizadas e incomportamiento las funciones básicas de los rotimular el pensamiento concreto, el pensamiento abstracbots sean similares en cada nivel jerárquico; por tanto, terpretadas en el Control Central. La referencia espacial a robótica pedagógica o educativa se ha desarrollado to, el pensamiento hipotético y especialmente el pensalos robots son generalizados y homologados en un es universal, con la cual todos los robots se ubican dencon el objetivo de generar ambientes de aprendiza- miento lógico. “meta-robot’’, que contiene el comportamiento y la tro del espacio de trabajo. Esto, a su vez, permite al estudiante que se apropie je que propicien la construcción de conocimiento funcionalidad generalizados, aunque con capacidades es- La Arquitectura Centralizada cuenta con un módulo de en los educandos, y se apoya en el uso adecuado de los de un lenguaje gráfico y de la operación y control de difepecíficas diferentes. Esta propiedad hace posible la reuti- control central y una referencia espacial única para todos avances científicos y tecnológicos, con una perspectiva rentes variables de manera sincrónica, para desarrollar un lización de los mismos métodos de control, supervisión, los robots. Las líneas continuas representan la comunide acercamiento a la solución de problemas, integrando pensamiento sistémico, y construir y evaluar sus propias planeación y seguimiento de trayectorias, en todos los ro- cación entre los robots y control central; las discontinuas distintas disciplinas del conocimiento en forma natural estrategias en la adquisición del conocimiento bajo una bots participantes en la arquitectura; como consecuencia, representan la interfaz entre los robots. La figura muestra (matemáticas, ciencias naturales y experimentales, entre orientación pedagógica. se simplifica la implementación de la arquitectura en la un esquema de la Arquitectura Centralizada. La arquitec¿Cuáles han sido los logros más relevantes obteniotras), a través de la manipulación de objetos concretos tura cuenta con un módulo para la especificación de la práctica. dos de la implementación de la robótica educativa? Sin (robots). tarea, la planeación y la asignación. El sistema de control Los ejercicios de simulación con robots nos permiten duda, la introducción de la robótica en los planteles educentral dirige las acciones de todos los robots. TIPOS DE ARQUITECTURA llevar al aula situaciones que de otro modo serían difíciles cativos ha permitido una mejor alfabetización tecnológica Los tipos de arquitectura se definen según las capacio imposibles de experimentar, y su implementación es de los estudiantes, que los lleva a: dades de los robots, las características del ambiente y ARQUITECTURA DISTRIBUIDA una muestra directa del enfoque pedagógico construc- 1) Propiciar la construcción del conocimiento, partienla tarea, así como de la forma en la cual se suministran En la Arquitectura Distribuida, cada robot cuenta con sus tivista en el aprendizaje, con un marco metodológico do de lo concreto a lo abstracto, y del desarrollo de la los recursos y servicios. Los tipos básicos de arquitec- propios recursos y con su propio control local. El control basado en proyectos, ampliamente difundido en las re- noción causa-efecto. tura son: Centralizada, Distribuida y en Cascada. Las local se conforma del conjunto de algoritmos y disposicientes reformas educativas en los diferentes niveles de 2) Valorar los avances científicos y tecnológicos, arquitecturas antes mencionadas son ideales, por lo cual tivos necesarios que residen en el robot, con los cuales así como su relación con la sociedad y el ambiente. 3) educación básica en nuestro país. es difícil encontrarlas en estado “puro’’ en la práctica; es cada robot es capaz de efectuar acciones que le permiten Reflexionar sobre el uso y aplicación de la tecnología Doctora Adrianamás factible implementar arquitecturas mixtas, con caresolver la tarea asignada, junto con los demás robots de Elizondo Herrera que los individuos en general hacen, en el marco de su LIBERTAD AL ESTUDIANTE la Arquitectura Nodriza. Coordinadora de Cienciaracterísticas combinadas de las arquitecturas básicas. A impacto social y ambiental. Al utilizar robots, los estudiantes pueden diseñar y consy Tecnologíacontinuación se describen los tres tipos de arquitecturas y La planeación y la asignación de la tarea a cada robot para Niños Secretaría truir múltiples soluciones viables para un problema pre- 4) Ejecutar actos tecnológicos con calidad, respeto amla efectúa el control maestro, en el nivel 0, el cual también de Educación NLla configuración mixta utilizada en la implementación del viamente determinado. No están encasillados en una única biental, creatividad, efectividad y ética. yolanrmz@ejercicio motivo de esta tesis. coordina y administra el sistema. En él recaen la planeasolución, no se les dan restricciones de diseño; es decir, 5) Usar una variedad de medios para distinguir y enunhotmail.com

L

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

vedosa y mediante un esquema de trabajo colaborativo. Se han de generar cambios en la modalidad de trabajo con su propia fuente de energía y con un sistema de proescolar e incluso reestructurar las organizaciones escocesamiento local. lares, donde se privilegie el desarrollo del diálogo, la interLa desventaja de este tipo de configuración es pretación, la crítica, la reflexión. que requiere robots sofisticados, que soporten el Deben diseñarse estrategias para docentes que deseen control o procesamiento local, por lo cual es difícil aplicar y/o diseñar software didácticos, utilizando herrade implementar en la práctica, comparándola con mientas de autor y lenguajes sencillos. la Arquitectura Centralizada. Debe capacitase a docentes en el aprendizaje y uso de herramientas de autor, para facilitarles el acceso a la ARQUITECTURA EN CASCADA construcción de sus propios programas; participar en el proyecto de desarrollo y trabajar en el diseño de software orientados a las ciencias para nivel básico, de acuerdo a las necesidades de los docentes y alumnos. Se ha de reconocer el papel mediador, facilitador, orientador y guía que tiene el docente en este proceso, que lo hace absolutamente irreemplazable. No hay duda que la robótica educativa es un recurso FORJA DE LA PERSONALIDAD para facilitar el aprendizaje y la creatividad, que se está De esta manera se forjan personas con capacidad para deposicionando como un nuevo elemento motor de la insarrollar nuevas habilidades, nuevos conceptos que den novación, y propicia el apoyo de habilidades productivas, respuesta eficiente a los entornos cambiantes del mundo creativas, digitales y comunicativas, las cuales se reflejan actual, al cultivar en ellos un pensamiento crítico, y su caen acciones y productos; pero, sobre todo, es capaz de pacidad de razonamiento, fomentando el trabajo grupal producir cambios en las personas, en sus ideas y actitudes, y -lo más importante-, se logra que los estudiantes aprención y asignación de las subtareas para cada robot. y de mejorar la interacción de estudiantes y educadores. dan haciendo, lo cual es bastante motivador para ellos. El funcionamiento de la Arquitectura Distribuida se es¿Cuál es el equipo y/o software más adecuado en tablece mediante la definición de la tarea, seguida de la el área de la robótica que debemos usar? Aquél que nos asignación de la función correspondiente a cada robot. La permita experimentar, poner a prueba los conocimientos función asignada la ejecuta el robot respectivo, de manera teóricos adquiridos, y a la vez nos dé la facilidad de procoordinada con los sistemas locales de los demás robots. fundizar en los mismos; que sea acorde con nuestros obEl control maestro determina cuándo ha sido completajetivos curriculares de manera bien definida, y, dentro de da la tarea, con base en los resultados obtenidos de cada los límites permitidos, dé apertura variada para que los ARQUITECTURA EN CASCADA subtarea asignada y ejecutada por los robots, según el alumnos exploren e interaccionen con los diferentes eleLa Arquitectura en Cascada es aquélla en que los elemenplan. mentos que lo componen, guiados por el docente. tos están interconectados serialmente, en relación con La figura muestra la arquitectura tipo distribuido, A su vez, que los motive e implique la necesidad de los niveles de jerarquía. Este tipo de arquitectura se cadonde las líneas discontinuas indican interfaces entre los integrar diversas disciplinas, para dar soluciones que se racteriza por la distribución encadenada de los servicios, robots, ya sea de comunicación, transporte, energía, senaproximen lo más posible a la realidad. donde cada robot sólo tiene relación con el nivel inmediasores y procesamiento. to superior (nodriza), para recibir instrucciones y enviar En la Arquitectura Distribuida, cada robot cuenta conASPECTOS FORMATIVOS respuestas, e inmediato inferior (cría), para realizar la larecursos propios, como el control local, percepción y proEste tipo de materiales de apoyo en la enseñanza no sólo bor equivalente. cesamiento. Las líneas discontinuas representan la interdebe contemplar aspectos informativos, sino también los En el caso de la comunicación, el envío de información faz entre los robots, ya sea transporte, energía, sensado y formativos, y favorecer el ajuste más adecuado a los perde un robot a otro se realiza siempre a través de su resprocesamiento. Las líneas continuas representan el flujo files profesionales demandados por la sociedad. pectiva nodriza o su cría. La energía se suministra en casde información entre el Nivel 0 y los sistemas de control ¿Qué implicaciones tiene la implementación de la cada; la nodriza alimenta a sus crías y ellas a su vez a locales. robótica pedagógica en la práctica docente? El docente sus crías, etcétera. En la percepción, la nodriza sensa a En el esquema distribuido, la comunicación se realiactual tiene ante sí mismo un gran desafío en esta era del través de sus crías, para ampliar su percepción del ambienza punto a punto, donde todos los robots tienen enlace conocimiento, en la que es imperativo vencer la resistencia te. Cada robot cuenta con un sistema de control local, el entre sí. En la comunicación distribuida existe enlace al uso de las tecnologías de la información, y desarrollar Zúñiga, A.L. (2006)de Projects for educational cual hereda información su nodriza; lo mismo robotic: ocurre engines de comunicación entre todos los robots, la nodriza Acuña las competencias básicas para el manejo de las nuevas hefor the innovation. Current Developments in Technology- Assisted con el procesamiento en cascada y con la referencia escon las crías y también enlace entre las crías sin de- Education pp.951-956 rramientas didácticas (robots). pacial. Jiménez, O.L. (1996) La Robótica Pedagógica. Artículo tomado pendencia de la nodriza. En la comunicación tipo dis- Cabrera En lahttp://www.fciencias.unam.mx/revista/soluciones/SA40/robfigura se muestra una Arquitectura en Castribuido, cualquier robot es capaz de funcionar como del sitio: ACTITUDES NECESARIAS ped.html cada. Como se observa, el flujo de información entre el repetidor en un enlace. Esto permite la comunicación enSe debe aceptar la necesidad de cambiar o modificar las Odorico, A. H. (2005). Marco teórico para una robótica pedagógica. Control Local I y el Control Local IIIyse efectúaAudiovisuales. a través del Vol. 1 ( 3.) tre dos robots, originalmente fuera de rango, mediante Revista de Informática Educativa Medios estrategias tradicionales de enseñanza, que demandan a Control Local II (los controles locales son numerados en un tercero que funciona como repetidor, y hace posible pp.34-46 su vez todo un conjunto de habilidades, que van desde A.H.los (2005) La de robótica desde una perspectiva pedagógica. relación con niveles jerarquía). el enlace. Al contar cada robot con su sistema de per- Odorico, ajustarse a nuevos modos de interacción, participación y Revista de Informática Educativa y Medios Audiovisuales. Vol. 2 (5), Arquitectura en Cascada se caracteriza por la seriacepción, distribuye la información de sus sensores y en- pp. La 33-48. circulación del conocimiento, aceptando la necesidad de lización de sus componentes, de el acuerdo con los riquece la percepción de los demás robots. Por tanto, a Villalba B. (2004) Robótica para desarrollo de niveles la creatividad e enseñar y aprender, articulando diferentes disciplinas, la Revista Tecnológica Vol. representan 17 ( 1 ) (83-86) de la jerarquía. Las líneas continuas el flujo partir de la asignación de tareas, por parte del Control innovación. consecuente posibilidad de construir saber de forma node información entre los sistemas de control. La interfaz Maestro, todas las decisiones son tomadas por el Control entre los robots es indicada por las líneas discontinuas. Local de cada robot. En este esquema, cada robot cuenta ciar problemas y proponer soluciones prácticas a los mismos en un contexto ARQUITECTURA social. DISTRIBUIDA 6) Adquirir y usar durante su trabajo tres tipos de habilidades interrelacionadas: el cómo hacer, el comprender procesos y el adquirir conocimientos. 7) Arriesgarse a tomar opciones, desarrollar múltiples soluciones a un problema concreto, responsabilizándose de los resultados o consecuencias de la toma de decisiones, y administrar los recursos en forma efectiva, eficaz y oportuna. 8) Utilizar el método científico para probar y generar nuevas hipótesis sobre la solución, de manera experimental, natural y vivencial. 9) Adquirir un rico vocabulario especializado y construir sus propias concepciones acerca del significado de cada objeto que manipulan.

REFERENCIAS

19

55

52

20

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

Arquitectura Nodriza Empleo, robótica e innovación tecnológica de robots heterogéneos móviles Gustavo Alarcón Martínez

L D

a robótica es un componente esencial de la llamada

Nueva Economía. Se trata de un campo multidisciJosé Luis Gordillo | Jorge Humberto Moreno Scott

valor agregado, adquiere especial importancia la estructuración de la oferta de personal profesional y técnico.

plinario que tiene un número creciente de aplicaciones en escenarios tan diversos como la industria, la salud, SITUACIÓN DE NUEVO LEÓN la educación e incluso en ciertos aspectos económicos y Ante la percepción de que en Nuevo León podrían estar ebido a la diversidad de tareas que actualmente robots simples hace el trabajo más ligero. Estos sistemas generándose desequilibrios importantes en el mercado de sociales. se realizan con robots, una tendencia general ha proporcionan ventajas como redundancia, flexibilidad, Algunos enfoques simplistas la han visto –igual que trabajo de este tipo de personal, en el sentido de que hasido desarrollar aparatos más complejos, con ha- tolerancia a fallas, solución distribuida de las tareas, conhan sido consideradas en su momento muchas otras in- bría exceso de unos profesionales y escasez de otros, o de bilidades y herramental cada vez más sofisticados para junción de habilidades diversas, entre otras. novaciones-, como una amenaza al empleo, porque tiende que habría demasiados profesionales y faltarían técnicos, dichas actividades. Como resultado, los robots espeEn contraparte, los sistemas con múltiples robots prea sustituir, las más de las veces con mucha ventaja, el tra- en 2007, por iniciativa del Consejo para la Planeación del cializados son cada vez más complicados e inaccesibles sentan dificultades en su implementación. Este tipo de bajo desarrollado por el personal de los establecimientos Mercado Laboral y la Formación Académica para el Traeconómicamente. aplicaciones en la Robótica tiene usos muy importantes productivos (recuérdese, por ejemplo, a los bajo, se llevó a cabo el estudio Requerimientos de ProfeExisten aplicaciones que exigen la intervención e innovadores; por ejemplo, misiones de búsqueda y resluditas, en los albores de la Revolución In- sionales y Técnicos en Nuevo León. El estudio se realizó de robots con características y habilidades diver- cate, recolección de basura y materiales tóxicos, misiones dustrial, en Inglaterra, que destruían las con dos propósitos: sas, muchas veces contradictorias, las cuales resultan de reconocimiento y construcción de mapas, levantamienmáquinas porque consideraban que susdifíciles de encontrar en un solo robot. Como ejem- to de minas antipersonales, transporte de materiales, etcétituían a la mano de obra en las fábricas Elaborar un diagnóstico sobre las tendencias de la plo de estas aplicaciones, tenemos: misiones de res- tera. oferta y la demanda de profesionales y técnicos, de las y ocasionaban desempleo). cate, seguridad y vigilancia; desactivación de minas En la naturaleza, el concepto de nodriza se refiere Lo cierto es que las innovaciones principales ocupaciones y disciplinas, e identificar sus antipersonales, transporte y manipulación de materiales a quien provee recursos o algún servicio. Con base no han cesado; últimamente se principales competencias laborales, a fin de orientar su en la industria, etcétera. en el concepto nodriza y su aplicación en la Robótiha acelerado el ritmo de su de- formación, en un horizonte de mediano plazo. El presente trabajo propone una Arquitectu- ca, surge la motivación para el desarrollo de este trasarrollo y aplicación, y el empleo Determinar las ocupaciones más demandadas por los ra Nodriza, de robots heterogéneos móviles, para bajo, donde se establecerán los elementos básicos que sigue creciendo, tanto en escala sectores prioritarios de la economía del estado, así la solución de una tarea. En la Arquitectura No- caracterizan una Arquitectura Nodriza de robots, así local como mundial. Son más los como las disciplinas profesionales y técnicas asociadas a driza existen dos tipos de robots: \emph{nodriza} y como la estructura de esta arquitectura y su implementación empleos que se generan en las cada una de ellas. Estos sectores comprenden el automo\emph{cría}. El robot nodriza suministra transporte rá- en un experimento práctico que explote sus características. actividades de investigación y triz y aeroespacial, electrodomésticos, metalmecánica, pido y potente, referencia espacial, energía y supervisión. desarrollo de la innovación tec- tecnologías de la información y las comunicaciones, y En contraparte, el robot cría proporciona acceso a lugares nológica, inclui-da la robótica, servicios médicos especializados. difíciles, y puede contar con habilidades diversas. Ambos y en la creación y producción robots, en trabajo de equipo, son capaces de desarrollar de nuevos satisfactores, que PERÍODO 1994-2007 tareas que por separado no podrían; de ahí las ventajas de los que desplaza la aplicación Respecto del primer objetivo, las cuantificaciones corresla Arquitectura Nodriza. de nuevas técnicas de produc- pondientes se elaboraron a partir de las bases de datos ción en los distintos sectores de de la Encuesta Nacional de Empleo (ENE), la Encuesta NaINTRODUCCIÓN cional de Empleo Urbano (ENEU), y la Encuesta Nacional la actividad económica. Existen diversidad de tarede Ocupación y Empleo (ENOE), del Instituto Nacional de as que son del interés de la Estadística, Geografía e Informática. Con estas tres fuenLA ROBÓTICA Robótica, en las cuales las tes se cubrió el período 1994-2007, y ello permitió hacer EN LA TECNOLOGÍA MODERNA condiciones de trabajo no Además, la robótica, como rama de la tecnología moder- proyecciones para los años 2008-12. son aptas para los humanos. Para identificar las unidades de competencias labona, no se limita al diseño y construcción de aparatos que Estas condiciones pueden ser realizan actividades capaces de desempeñar un trabajo rales correspondientes a cada carrera profesional y espealtas temperaturas, humedad repetitivo, que podrían reemplazar trabajadores; se rela- cialidad técnica, se recurrió a sistemas de calificaciones excesiva, materiales tóxicos, Arquitectura Nodriza ciona también con la realización de tareas en ambientes de México (generados por el Sistema de Normalización de ausencia de aire, peligro de derrumbe y una extensa canen los que una persona no podría -o en todo caso sería Competencias Laborales, coordinado por el CONOCER) y tidad de situaciones en que los humanos que participan muy peligroso-, llevarlas a cabo; o en labores en las que la de otros países. ponen en riesgo su vida. Algunas de estas aplicaciones re- PROVEEDORES En relación con el segundo objetivo, la información se precisión requerida está fuera de las posibilidades humaquieren robots con características y habilidades diversas, Y RECEPTORES DE SERVICIOS nas. Lo que sí resulta importante para que el empleo y la obtuvo mediante una investigación directa en los sectohasta contradictorias. La arquitectura se plantea con enfoque basado en el productividad de la fuerza de trabajo no se vean afectados res seleccionados, apoyada en los agrupamientos indusDebido a ello, una tendencia ha sido la de construir suministro de servicios entre los robots, en el cual exisDoctor José por la utilización de robots y, en general, por la innovación triales y de servicios (clusters) que se han constituido dispositivos cada vez más complejos; como consecuen- te un robot proveedor de servicios y un robot reLuis Gordillo tecnológica, ya sea como creadora de nuevos procesos en Nuevo León. Se identificó la estructura ocupacional de Profesor cia, han resultado robots más especializados, sofistica- ceptor. La relación proveedor-receptor es explotada Investigador productivos o de nuevos bienes y servicios, es adecuar la los sectores, considerando las ocupaciones de profesionados y de un elevado costo. Por tal motivo, surge en la por la arquitectura para la solución de tareas, bajo Centro de Sistemas estructura de oferta de personal a los requerimientos les y técnicos, más demandadas. Se obtuvo, asimismo, la Robótica la tendencia a construir sistemas con múltiples un esquema de colaboración en que se imita la relación Inteligentes Doctor Gustavo que plantea la propia innovación; en particular, a las información correspondiente a las competencias laborales Tecnológico nodriza-cría, presente en la naturaleza. Alarcón Martínezrobots que cubran una multiplicidad de tareas, que serían de Monterrey necesidades de recursos humanos que implica la Nueva estratégicas. Presidente del Consejode imposible o de sumamente compleja ejecución para En la arquitectura existen dos tipos de robots: la nojlgordillo@ de Relaciones Laborales En el estudio se analizó el caso de 14 carreras profeEconomía. Dado que las actividades que ésta involucra itesm.mx ser resueltas por un solo robot. La coordinación de varios driza y la cría. La nodriza es capaz de suministrar trans y Productividad Gobierno frecuentemente conllevan procesos productivos de alto sionales (incluidas dos del nivel de técnico superior unide Nuevo León

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO versitario) y cinco especialidades técnicas de nivel medio porte rápido y potente, energía, referencia espacial, superior. Para cada una se examinó la evolución del grado etcétera. El robot cría, más pequeño que la nodriza, prode ocupación (es decir, la proporción de personas de una porciona acceso a lugares difíciles, y cuenta con habilidisciplina determinada que estaba ocupada) y del nivel de dades diversas. ingreso. La Arquitectura Nodriza explota el principio de esSi en una carrera se observaba que el grado de ocucalamiento, el cual permite que la cría sea a la vez pación o del ingreso, o de ambos, era alto y creciente, se nodriza de su propia cría. Dicho escalamiento perpodía inferir que esa carrera o especialidad enfrentaba mite utilizar los mismos métodos en ambos robots, una demanda fuerte en el mercado y viceversa. para resolver los problemas equivalentes, respecto al seguimiento de trayectorias pero en diferente escala. La EVOLUCIÓN DE LA MATRÍCULA Arquitectura Nodriza postula niveles jerárquicos para la Se analizó, asimismo, la evolución de la matrícula de las distribución de funciones y servicios; los robots de niveles carreras y especialidades seleccionadas, como un indicamás altos son proveedores de servicios y recursos a los dor de su correspondiente oferta. La comparación del robots de niveles inferiores. grado de ocupación y la matrícula permitió identificar la La interacción entre la nodriza y la cría implica presencia de brechas entre la oferta y la demanda y cuanotros elementos, además del servicio de transporte o tificarlas. suministro de energía; existe un conjunto de servicios La gráfica 1 muestra el tipo de resultados que se puey recursos que son intercambiados entre los robots. den obtener a partir de los hallazgos del estudio; en este Estos servicios y recursos son: sensado-percepción, caso, para las carreras que demanda principalmente el energía, transporte, comunicación, procesamiento, consector de tecnologías de la información y las comunicaciotrol y referencia espacial. Con base en las características nes, una de las más dinámicas en el estado. de los robots, del ambiente y de la forma de suministro Como se puede ver, en 2007-12 la ocupación de estos de recursos y servicios, existen tres tipos básicos de conprofesionales crecerá en casi 69 por ciento, mientras que figuraciones de la Arquitectura Nodriza: Centralizada, Disla matrícula lo hará solamente en 39 por ciento. Se aprecia tribuida y en Cascada. Un cuarto tipo es la arquitectura una brecha entre la oferta y la demanda, que se irá ammixta, que se origina de la mezcla de características de las pliando gradualmente. arquitecturas básicas.

ROBÓTICA ROBÓTICA

21

53

bots, que se traduce a través de la interfaz y el módulo de Control Maestro. Estos componentes se describen a continuación: RÉPLICA DE LA NATURALEZA El robot nodriza provee servicios y recursos. Funciona como supervisor del robot cría, y es capaz de proporcionar transporte con rapidez y potencia; referencia espacial, energía, comunicación, supervisión, entre otros. Como proveedor de servicios, la nodriza es de dimensiones mayores a la cría, tal como sucede en la naturaleza. El robot cría es pequeño, receptor de los servicios y recursos de la nodriza, los cuales aprovecha para complementarlos con sus habilidades. Se capacita al conjunto nodriza-cría para realizar tareas más complejas e inalGrafica 1. canzables para ambos tipos de robots individualmente. Interfaz es el conjunto de herramientas o dispositivos de tipo mecánico, electrónico y de programación, SÍNTESIS DE LAS CONCLUSIONES OBTENIDAS queEN permiten la interacción entre los robots y hacen poRELACIÓN CON CARRERAS PROFESIONALES sible el intercambio de recursos y servicios, a lo 1 largo de SELECCIONADAS los niveles de la jerarquía. percepción es que existe aún un déficit relativo El Control Maestro La funciona como supervisor ge- de ingenieros civiles. Como la matrícula crece rápidamente, en los próximos años se eliminará Ingeniería Civil el desequilibrio en el mercado laboral. Es importante observar la neral, e interactúa con los sistemas de comunicación, evolución de la proporción de ocupados y el ingreso para evitar que de y Construcción supervisión y planeación; las acciones deexcedente. los una controla situación de déficit se pase a una de robots por medio del sistema de comunicación, y recibe En este mercado laboral coexisten un excedente de especialistas con competencias con laefectuaadministración y operación de retroalimentación del ambiente y derelacionadas las acciones Ingeniería sistemas (con ingresos reducidos), con un déficit de especialistas con competencias tales como referidas al desarrollo das por los robots a través del sistema de las supervisión. El de software. Computación Es importante identificar las competencias laborales que demanda el maestro incluye también la planeación deello, la tarea econtrol Informática mercado y ajustar, en función de el contenido de esta carrera y fomentar con intensidad la matrícula. y la distribución de las actividades, según sea la configuEl comportamiento del empleo y de la matrícula indica que en los ración del sistema. siguientes años se podrán observar incrementos en el ingreso. Como la matrícula en ingeniería Ingeniería Electrónica se estructura La arquitectura en función deelectrónica la apli-está disminuyendo, hay tendencia al déficit. Es conveniente estimular el crecimiento de la cación en curso y de losmatrícula. recursos disponibles para ello. Las características fundamentales la arquitectura Los ingenierosde industriales registran un son: elevado grado de ocupación, pero su ingreso no es suficientemente atractivo en comparación con modularidad definida por jerarquías y escalamiento, otras profesiones. Ello puede deberse a que las sus competencias ya no son las que demanda el mercado. Ingeniería Industrial a continuación. cuales se describen Si se desea mejorar el ingreso de estos profesionistas y fomentar la

MEDIDAS NECESARIAS ROBOTS MARSUPIALES Si no se ponen en práctica medidas para incrementar la Existen algunos antecedentes en el estudio e investigación oferta, mediante la ampliación de la matrícula; la actuade sistemas de robots llamados marsupiales. Toman el lización de profesionales de estas disciplinas o la reconnombre de los marsupiales como el kanguro, los cuales versión de profesionales de disciplinas afines, se corre el cargan en una bolsa a sus crías. El laboratorio de propulriesgo de enfrentar un cuello de botella que podría dessión de la NASA es uno de los institutos que actualmente plazar la instalación de empresas de este sector a otras está expandiendo su trabajo con los “rovers”’ y el proyecto regiones del país o del mundo. matrícula, es preciso ajustar el contenido de la carrera a las necesidades FIDO, en el uso robots marsupiales. del mercado. La Universidad del Sur de California ha construido El cuadro 1 ilustra el tipo de conclusiones específicas Los ingenieros mecánicos y eléctricos registran un alto nivel de ocupación, pero su ingreso es similar al promedio de las otras un sistema marsupial, el cual consiste en un helicóptero Ingeniería Mecánica obtenidas con el estudio, para un número seleccionado de profesiones y crece lentamente. Ello significa que las competencias que que carga un carro de control remoto, el cual trabaja en y Eléctrica tienen no necesariamente son las que demanda el mercado (por ejemplo, disciplinas profesionales. hacia la electrónica, automatización, robótica, sistemas de información misiones de búsqueda y reconocimiento, y permite a los y software). operadores del sistema perseguir algún sospechoso, aun ESTAMOS A TIEMPO Cuadro 1 y cuando se haya ocultado a la vista aérea. La UniversiEl hecho de que las proyecciones del estudio se hayan Como podrá observarse, de acuerdo con las recomendad de Minneapolis propuso el sistema marsupial llamado realizado para un horizonte de mediano plazo (2008-12) daciones del estudio, el reto que plantea la acelerada inRAPTOR, donde el robot madre carga a Gatlin, un expulsapermite a las instituciones educativas tomar decisiones novación tecnológica de nuestros días, incluido el dedor tipo arma para los pequeños robots móviles. Entre los oportunamente. sarrollo de la robótica y sus aplicaciones, no está en la centros de investigación que trabajan sobre robots marsusustitución de la mano de obra, sino en la adecuación piales, se encuentra también la compañía iRobot, así como El estudio completo está disponible en la página del de la estructura de nuestro capital humano e intelectual el Departamento de Energía de Idaho, el cual cuenta ya con Consejo de Relaciones Laborales y Productividad, de Nuea los requerimientos de la nueva economía de la cual un reciente equipo de robots marsupiales. vo León (www.nl.gob.mx/laboral ). Nuevo León ya participa. Con base en el concepto nodriza de la naturaleza, se propone una arquitectura de robots que explote las características de la relación nodriza-cría, para aplicarlas en el campo de la Robótica. La Arquitectura Nodriza es un arreDIVISIÓN JERÁRQUICA glo de robots heterogéneos, en que colaboran dos tipos de La Arquitectura Nodriza se divide en niveles jerárquicos, Maestro en Ciencias robots: la nodriza y la cría. Es la expresión más simple de con base en la relación de dependencia nodriza-cría, entre 1 Jorge Humberto Las carreras aparecen en el cuadro con nombres genéricos, ya que cada institución puede darle un nombre distinto la Arquitectura Nodriza. los robots; así, quien provee ocupa un nivel superior en Moreno Scott a la que es esencialmente la misma que en otra institución. Ingeniero de Diseño Tres son los elementos básicos que originan y conforman jerarquía. La nodriza ocupa el primer nivel, y sus crías el en Motorola, Nogales la Arquitectura Nodriza: los robots nodriza y cría, la relsegundo nivel. Si las crías a su vez son nodrizas de sus jorge.moreno@ ación de suministro de recursos y servicios entre los rorespectivas crías, éstas ocuparán el tercer nivel jerárquico, motorola.com

50

22

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

EL CARTÓGRAFO Y LA REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO El Cartógrafo es un módulo con mapas del medio ambiente, y se encarga de ubicar al robot dentro de ellos (ver figura 4).

Sistemas de visión para robots

manera parcial problemas específicos, como buscar un objeto, tomarlo, dejarlo en otro lugar, etcétera. EL PLANEADOR El Planeador intenta alcanzar cada una de las metas, para lo cual consulta al Banco de Procedimientos, escogiendo y reuniendo aquéllos que logran realizar de momento cada objetivo. ello recurre a técnicas de inteligencia artifiCarlosPara Pfeiffer cial. La inteligencia artificial es un área de las ciencias computacionales encargada de representar acciones ina vista es sin duda el más complejo de nuestros teligentes, como el manejo de lenguaje natural, la visión, sentidos. Nos permite realizar actividades cotidiala toma de decisiones y el razonamiento, entre otras, en nas, como desplazarnos sin chocar, escoger nuestra sistemas de cómputo. Un robot aparentará inteligencia ropa, identificar una fruta madura, manipular herramienmientras dichas técnicas se apliquen en forma correcta. tas, manejar, reconocer a las personas y objetos con los que interactuamos. Éstas son sólo unas cuantas entre una COMPORTAMIENTOS DE REACCIÓN posibilidad inmensa de actividades. Y SISTEMAS DE CONTROL Cuando hablamos del sentido de la vista, inmediataAnte el conjunto de acciones que debe realizar, el robot mente pensamos en los ojos, los órganos que nos permiregistra una serie de comportamientos para evitar obsten captar la luz reflejada o producida por los objetos, y táculos, o de reacciones ante sucesos no previstos por el convertirla en señales eléctricas que son trasmitidas al cePlaneador. Algunos de estos comportamientos imitan las rebro. Sin embargo, es precisamente en el cerebro donde estrategias de ciertos insectos, como el bordear los objese realizan las operaciones más complejas del sentido tos para reconocerlos. de la vista. El cerebro se encarga de interpretar las señales Además, se aplican sistemas convencionales de coneléctricas producidas en las retinas de los ojos, procesartrol, lazos de retroalimentación típicos para controlar el las y tomar las decisiones adecuadas para realizar las actifuncionamiento de los motores del robot. vidades mencionadas líneas arriba. Nuestro sentido de la vista es estéreo o binocular; esto APRENDIZAJE es, cada ojo percibe las imágenes desde una posición ligeSin embargo, para poder convivir con los seres humanos, ramente diferente. El cerebro utiliza la disparidad entre un robot tiene que tener dos capacidades más: corregir ambas imágenes para obtener información tridimensional, sus errores y aprender cosas nuevas. En la actualidad, como relieves, profundidad y distancia relativa a que se existen varios métodos para que los sistemas artificiales encuentran los objetos. aprendan, como son los algoritmos genéticos, las redes Bayesianas y las neuronales artificiales y la programación VISIÓN ARTIFICIAL genética. La disciplina conocida como “Visión Artificial” busca construir sistemas basados en la captación y análisis de la energía luminosa reflejada por los objetos, para obtener información que nos permita realizar actividades similares a las que nos permite el sentido de la vista. Un sistema de visión artificial debe contar con uno o más dispositivos Doctor Jesús Savage para “adquirir imágenes”, y una computadora u otro disEdna Márquez positivo digital programable, para procesar y analizar la Fernando Lepe-Casillas imagen, extraer información útil y tomar decisiones. En la actualidad, los dispositivos para adquirir las El niño Rodrigo dormía plácidamente, cuando escuchó imágenes casi siempre consisten en cámaras con elemenuna voz que suavemente le decía que se tenía que levantos ópticos y mecánicos para captar y enfocar la luz que tar. Al principio, pensó que era su mamá la que lo llamaba; proviene de los objetos, y componentes electrónicos que pero su mamá, por lo regular, no lo levantaba con tanta la traducen a señales eléctricas que son cuantificadas y gentileza. Además, la voz sonaba un poco artificial. transformadas en señales digitales. La imagen así formada Recientemente, su familia había adquirido, en el meres representada como un “mapa de pixeles”, una matriz cado ambulante que se coloca los domingos cerca de su para la cual a cada posición de la imagen corresponde incasa desde hace dos siglos, un robot “pirata”, copia fiel del formación relativa al color e intensidad de la luz captada. nuevo modelo TX8, de la compañía Mexican Robots Co., Estas imágenes son procesadas por la computadora, que todavía incluso no circulaba en el mercado, pero del que obtiene la información útil de la imagen para analicual ya había copias en toda la ciudad. zarla y tomar decisiones. “Déjame dormir, no me molestes”, le contestó enojado Rodrigo al robot. SISTEMAS DE VISIÓN BARATOS “Disculpe que lo moleste, señorito Rodrigo, pero su En la década más reciente, se ha avanzado mucho en el desmamá me dio instrucciones precisas para que estuviera arrollo de dispositivos de cámaras digitales cada vez más

L

Figura 4: Mapa del medio ambiente.

En cuanto al módulo de Representación del Conocimiento, en él se plasma el conocimiento a través de distintas “reglas causa–efecto”, las cuales complementan la percepción, y “reglas condición–acción”, indicadoras estas últimas de las acciones que se han de desarrollar ante las distintas condiciones. EL MODELO DEL MUNDO Con la información que le proporcionan los dos módulos anteriores, el módulo Modelo del Mundo se enfrenta a varios postulados dudosos, y debe validar o desechar cada uno. La aceptación o rechazo de algunas de estas creencias determinará en el robot la conducta que deberá seguir. Así, continuando con el ejemplo referente a las creencias o hay un agujero adelante del robot o hay una sombra enfrente de él, tenemos lo siguiente: ahora el módulo Modelo del Mundo pregunta al Cartógrafo si tiene registrado un hoyo alrededor de las coordenadas en donde se localiza el robot. Supongamos como respuesta un NO. Luego, le pregunta a Representación del Conocimiento si puede ser una sombra aquello que está observando. Entonces, éste revisa sus reglas y encuentra la que dice que si está atardeciendo, es un día claro y hay árboles alrededor, es posible que se genere una sombra enfrente del robot. Con esta información, gracias a la cual el robot valida la creencia de que enfrente tiene una sombra, se genera la siguiente acción: proseguir el camino.

En la actualidad, los dispositivos para adquirir las imágenes (cuento corto) casi siempre consisten en cámaras con elementos ópticos y mecánicos para captar y enfocar la luz que proviene de los objetos, y componentes electrónicos que la traducen a señales eléctricas que son cuantificadas y transformadas en señales ACTIVACIÓN DE METAS Y BANCO DE PROCEDIMIENTOS digitales. Dado un dilema reconocido por el Modelo del Mundo, el módulo de Metas activa un grupo de éstas para poder resolverlo. El módulo de Banco de Procedimientos cuenta con un conjunto de procedimientos para resolver de

Una escena matutina en 2206

CONOCIMIENTO

baratas y con mayor capacidad en cuanto a resolución, rapidez y sensibilidad. Esto ha permitido el abaratamiento de los sistemas de visión para aplicaciones industriales, que se han convertido en un estándar en la industria de la manufactura. Actualmente existen sistemas comerciales de inspección visual para detectar piezas defectuosas, verificar el ensamblado de un circuito, contar piezas, coordinar la operación de maquinaria, identificar el tipo de pieza para su empaque, entre otras operaciones industriales de uso común. La mayoría de las aplicaciones industriales actuales utilizan visión monocular (una sola cámara), la cual no permite la construcción de modelos tridimensionales. Sin embargo, la aplicación de sistemas de visión tridimensionales con múltiples cámaras y luz estructurada, está creciendo rápidamente. Los sistemas de visión artificial también se han convertido en elementos comunes en aplicaciones domésticas, desde aplicaciones sencillas como los lectores de códigos de barra en los supermercados, hasta aplicaciones más sofisticadas, como las recientes cámaras “inteligentes”. Éstas detectan automáticamente los rostros al tomar fotografías de personas; adecuan los parámetros de la cámara para una toma perfecta, y son capaces incluso de detectar si las personas están sonriendo o no. PROCESAMIENTO DE LA IMAGEN ¿Cómo ha podido hacerse todo esto? La clave está en el procesamiento de la imagen para extraer características, y en la combinación de métodos matemáticos y heurísticos utilizados para analizarlas. Esto nos permite encontrar información diversa, como, por ejemplo, cuántos objetos hay, la posición, orientación y tamaño relativo de cada uno de ellos; distancias, características de forma, color, componentes, textura y otras más que pueden ser utilizadas para identificar y clasificar

ROBÓTICA

23

los objetos, mediante una base de datos recopilada previamente con información relevante de los tipos de objetos involucrados. El gran éxito de los sistemas de visión en aplicaciones industriales se debe a la utilización de “ambientes controlados”: la posición de la cámara es fija, o puede cambiarse sólo a un conjunto de posiciones preestablecidas; las variaciones de la iluminación son controladas para facilitar la adquisición de la imagen; se procura un alto contraste entre los colores de los objetos de interés y el fondo; los objetos son localizados en un área específica, y el sistema tiene información con las características de todas las clases de objetos por inspeccionar. ROBOTS DEL FUTURO La siguiente generación de Sistemas de Visión Artificial busca dotar del sentido de la vista a los robots del futuro, para que puedan desempeñar actividades similares a las que desarrollamos los humanos, como las mencionadas al principio de este artículo. La característica principal de estas aplicaciones es que el ambiente o entorno no está controlado. Por ejemplo, para una actividad tan cotidiana como manejar un automóvil, las condiciones de iluminación y la posición de las cámaras varían fuertemente. Puede haber embotellamientos, cruce de peatones, señalamientos de tráfico en diferentes posiciones, y en ocasiones parcialmente obstruidos; objetos desconocidos, desviaciones, etcétera. La investigación en esta disciplina incluye temas de Inteligencia Artificial, para poder analizar y tomar decisiones con la información obtenida en un entorno cambiante. Éste es uno de los campos más fascinantes de la Visión Artificial, pero se requieren muchos años más de investigación para lograr un sistema de visión con capacidad apenas remotamente parecida a la de un ser humano.

Doctor Carlos Pfeiffer Catedrático e Investigador Departamento de Ciencias Computacionales / ITESM carlos.pfeiffer @gmail.com

48

24

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

Japón, se piensa que superarán las obtenidas por la inel herido, un cirujano experto y a larga distancia estabilidustria automotriz de dicho país en los años por venir. zaría al enfermo lo suficiente para sacarlo de un estado Por tal motivo, y tomando en cuenta la importancia crítico y para que pudiera ser trasladado tras las líneas y de este campo de la ingeniería, será necesario desarrollar asi poder completar el manejo. nueva infraestructura para la enseñanza y la formación En teoría, este sistema suena idóneo; pero, en la prácde recursos humanos, que integre en la sociedad y en los tica no lo fue tanto. Resulta que el sistema inventado decentros de producción, las nuevas tecnologías que se depende íntimamente de la cirugía laparoscópica, y sólo sarrollarán dentro del campo de la robótica. podía ser utilizado en lesiones intra-abdominales, en En este trabajo se presentó una arquitectura desarrodonde la laparoscopía podÍa ser usada. llada para el tele-control y la tele-programación, la cual Las lesiones que sufren los soldados son muy variaha sido aplicada en la operación de un robot hexápodo das, y no siempre en el abdomen, por lo que el sistema controlado desde el IRCCyN, de Nantes, Francia, y situarobótico tendría muchas limitantes. do en el CIIDIT, Apodaca, México. Esta arquitectura ha Mientras la idea original del sistema robótico fue opermitido la integración fácil de hardware y de software, y rientada al campo de batalla, las posibles aplicaciones coofrece una excelente herramienta para la experimentación merciales fueron de más peso, y el proyecto fue abandoremota y de tele-presencia. nado. Posteriormente fue otorgado a la compañía Intuitive Nuevas áreas de aplicación y de investigación se esSurgical. tán desarrollando gracias a estos nuevos esquemas de tele-presencia. La tele-robótica es una área que se está LA COMPAÑÍA desarrollando rápidamente gracias a la red de Internet, y Intuitive Surgical fue fundada en 1995, y en enero de 1999 permite a muchos usuarios tener acceso a equipos o platafue lanzado el sistema “Da Vinci”. Fue el primer sistema Figura 6. Acceso remoto desde IRCCyN, Francia formas experimentales importantes para la enseñanza y/o robótico de cirugía aprobado por la FDA (Food and Drug la investigación. Administration) para cirugía laparoscópica en el área de En la parte inferior izquierda se muestran las computacirugía general. doras del lado del servidor, mientras que a su lado dere- AGRADECIMIENTOS En los años siguientes, la FDA aprobó el sistema “Da (Pars Secunda) Este trabajo fue realizado bajo el financiamiento de la SEPcho se muestran los comandos para el control del robot. Vinci” para cirugía torácica y para procedimientos de CONACYT, ECOS-NORD, PAICYT-UANL. Vincenzo Sabella, M.D. urología. Los procedimientos ginecológicos fueron aproEn la figura 7 se muestra la plataforma de control rebados en agosto de 2005. moto desde el IRCCyN a diferentes momentos de la teleEn junio de 2000, Intuitive Surgical lanzó su primera a en una publicación anterior de Conocimiento se operación. expuso algo de lo que es la cirugía robótica en el oferta pública al mercado de valores (Nasdaq: ISRG), y en área de ginecología. En este nuevo escrito deseo 2003 la compañía compró a su principal competidor, ComA. Baccigalup, C. De Capua, A. Liccardo, “Overview on Development puter Motion, que resultó la única compañía en el mundo exponer un poco más sobre la tecnología involucrada en 1. of Remote Teaching Laboratories: from LabVIEW to Web Services”, IMTC 2006, Instrumentation Measurement Technology Conference, de ofrecerand sistemas de cirugía asistida por robot. este tipo de cirugía, que de seguro vendrá a revolucionar capaz Sorrento, Italy, pp. 24-27, April 20006. Actualmente hay más deJhon 860 robots quirúrgicos en la medicina y sentará un precedente para futuras mejoras 2. Deborah A. Miele, Benjamin Potsaid, T. Wen, “An Internetbased Remote Laboratory for Control Education”, IMTC 2005, el mundo, yand la Proceedings compañiaoftiene en su Control haber Conference, más de 800 paen el manejo quirúrgico de nuestras pacientes. Instrumentation the American Arlington, June 25-27, 2001.relacionadas con esta tecnología. tentes VA, internacionales 3. E. Garcia Cecilia, Ricardo Carelli, José F. Postigo, Carlos Soria, “Supervisory for aprincipales Telerobotic System: a Hybrid Control Con Control oficinas en Sunnyvale, California, InLOS ORÍGENES Approach”, Control Engineering Practice 11, pp. 805-817, 2003. Surgical más de 650 empleados en todo el En los años 80, el ejército de los Estados Unidos se em- 4. tuitive Franco Davoli, Seniortiene Member, Giuseppe Spano, Stefano Vignola, Zappatore, “Towards Remote Laboratories With Unified Access”, mundo, y una liquidez de más de 448 millones de dolabarcó en un proyecto de cirugía a larga distancia. Existía Sandro IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol 55, No. OCtober 2006. la necesidad de proteger el bienestar de los cirujanos y 5, res. 5. Housheng Hu, Lixiang Yu, Pui Tsui, Quan Zhou, “Internet-based no exponerlos a los peligros de estar en las cercanías de Robotic System for Teleoperation”, International Journal of Assembly Automation, Vol. 21, No. 2, 2003”. SISTEMA los conflictos. El ejército norteamericano tradicionalmente 6. EL Hyun Chul Cho, Jong Hyeon Parck, “Stable bilateral teleoperation time delayquirúrgico using robust impedance control”. Mechatronic, Vol. El sistema “Da Vinci” es una sofisticada platamanda cirujanos militares al frente de guerra, en centros under 15: 611-625, 2005. J. W. Overstreet, A. Tzes, “An Internet-based real-time control robótica, diseñada para efectuar procedimientos conocidos como MASH (Mobile Army Surgery Hospital), el 7. forma engineering laboratory”, IEEE control Systems Magazine, 19(5):19-34, quirúrgicos complejos, mediante la utilización de cirugía más famoso de los cuales ha sido el MASH #4077, de la 1999. 8. M. Cobby, D. Nicol, T.S. Durrani, W.A. Sandham, “Teaching mínimamente serie televisiva. electronic engineeringinvasiva. via the Worl Wide Web”, IEEE Colloquium Based Learning in Electronic Education, London, U.K.,el pp.cirujano, El sistema consiste en una consola para Sin embargo, estos centros de atención al soldado le- Computer 7/1-11. robot al paciente, cuatro brazos Meng Wang, que Jamesse N.K.conecta Liu, “Interactive Control forcon Internet-based sionado se encuentran aún hoy en día en lugares muy 9. un Mobile Robot Teleoperation”, Robotics and Autonomous System 52, pp. Vincenzo Sabella, interactivos, un sistema de video en tercera dimensión, cercanos a las líneas de conflicto, por lo cual se incurre 160-179, 2005. M.D. M. J. Callaghan, J. Harking, M. Elpatente Gueddari, ATM McGinnity, e instrumentos con una exclusiva llamada Enen la pérdida colateral de personal médico que sucumbe 10. LP Magure, “Client-Server Architecture for Collaborative Remote Jefe del Departamento Experimentation”, Procedings of the ICITA 2005, 0-7695-2316-1/05 doWrist (endo-muñeca), que reproduce fielmente los bajo el fuego del enemigo. de Ginecología IEEE. Figura 7. Acceso remoto desde IRCCyN, Francia movimientos de la articulación y Obstetricia 11. M.J. Finley “Tele-learning: The killer app?”, metacarpiana Guest Editorial, IEEE(muñeca) Common, Mag, Vol. 37, No 3, pp.80-81. Hospital Saint Lukes del cirujano. La“Stability “EndoWrist” robótica excede la movilidad SISTEMA “DA VINCI” 12. Ning Xi, T.J. Tarn, analysis of non time references Instructor de Cirugía System”, Robotic refina and Autonomous Systems natural deTelerobotic la muñeca humana, los movimientos del A fines de esa misma década, se desarolló el prototipo Internet.based Robótica5. CONCLUSIONES 32 (2000), pp. 173-178, 2000. 13. Peter F. Hokayen, Mark W. Spong , “Bilateral teleoperation: An cirujano y filtra el temblor natural de los movimientos de original del sistema “Da Vinci”, en el Standford Research en Estados Unidos,En los próximos años, la robótica tendrá un impacto muy historical survey”, Automatica 42 (206): 2035-2057 con patrocinio las manos. En caso de movimientos bruscos, el robot se Institute, bajo contrato de la Armada Estadounidense. 14. P.K. Imbrie, Seetha Raghavan, “Work in Progress A Remote een la actividad económica de un país. Por mende Intuitive Surgicalimportante for Student Investigation, and Learning”, 35th “congela” y no permite queManipulation haya lesiones no intencionadas El sistema debería incluir un robot que pudiera ser “co- Laboratory ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, Indianapolis, October San Antonio, Texascionar la importancia de este argumento, las ganancias 2005. nectado” al herido por un soldado paramédico que esuvie- a los tejidos. El visor tridimensional tiene un detector de vsabella@económicas de la industria relacionada con robótica en se viajando con las tropas. Una vez conectado el robot con la atención del cirujano en el campo quirúrgico, y en caso inshumacher.com

Cirugía robótica en ginecología

Y

REFERENCIAS

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

25

49

ViRbot: un sistema para operar robots de servicio Jesús Savage

L

os robots de servicio son sistemas de software y hardware, consistentes en una serie de dispositivos electrónicos y electromecánicos, y que se ubican en ambientes dinámicos y complejos. Todas estas características les dan una cierta autonomía, la cual radica en su capacidad de tomar decisiones a partir de una representación interna del mundo. Así, los robots deben tener dos capacidades básicas: adaptabilidad (para reaccionar en forma oportuna y apropiada a sucesos imprevistos, modificadores de su medio) y determinación (para escoger las acciones apropiadas para lograr sus objetivos). Además, deberán atacar los problemas, tanto los relacionados con la adaptación al medio, como con la determinación para perseguir sus metas de manera eficaz, aplicando procedimientos probados en situaciones rutinarias. La figura 1 muestra el sistema ViRbot, en el cual pueden probarse algoritmos para los robots de servicio. Los módulos de este sistema se describen a continuación:

tres dimensiones en monitores planos de dos dimensiones, permite visualizar diversos robots virtuales, los cuales son una simulación veraz de los reales: pueden aparentar las mismas órdenes, con ligeras variaciones (ver figura 2).

Figura 2. Robot real y robot virtual.

SENSORES Y SIMULADOR El robot cuenta con sensores internos y externos. Los primeros le indican sus propias condiciones; los segundos le sirven para captar su entorno. Cuando se simula una acción con el robot virtual, se recurre a diversos modelos matemáticos para calcular los valores sensados, de manera que reflejen los reales.

TAREAS DEL ROBOT E INTERFAZ HOMBRE-ROBOT A lo largo del día, el robot debe realizar diversas tareas, conforme a la hora de su programación. Es muy importante la interacción con los humanos, para LA CIRUGÍA de que el cirujano desvíe su vista momentáneamente del que los robots sean capaces de reconocer las órdenes daEn el caso de una cirugía ginecológica, como sería una campo operatorio, también se paraliza para evitar cualdas por una persona en forma natural. Por ejemplo, cuanhisterectomía, levantamiento de vejiga urinaria, reparaquier movimiento o acción involuntarios. do una persona dice: “Robot, tráeme mis zapatos”, éste ción de relajacion pélvica u otras, la paciente se somete El sistema está desarrollado para traducir los modeberá reconocer cada palabra pronunciada, y el signifia anestesia general, se le prepara como en cualquier otro vimientos de las manos del cirujano en movimientos más cado global de la oración. Por otra parte, el robot deberá tipo de cirugía con asepsia abdominal y vaginal, y con la precisos, con lo que disminuyen algunas fallas humanas. responder con voz sintetizada y agradable. inserción de un catéter urinario. La plataforma contiene sistemas audiovisuales en terLos instrumentos laparoscópicos se insertan en el abcera dimensión, que proveen al cirujano con una experienPERCEPCIÓN domen a través de cuatro o cinco pequeñas punciones, de cia inmersiva en el campo quirúrgico y muestran estrucEl Módulo de Percepción obtiene una representación aproximadamente siete milímetros cada una, y en lugares turas anatómicas con una nítida resolución y a cualquier simbólica de los datos que vienen de los sensores, de estratégicos, según el tipo de cirugía que se vaya a efecmagnificación deseada por el operador. las tareas del robot y de la interfaz hombre-robot. Con tuar. El abdomen se llena con bióxido de carbono (CO2), El cirujano se coloca cómodamente sentado en una esa representación simbólica se genera una creencia. para mejorar la visibilidad y obtener espacio para manioconsola quirúrgica que contiene manivelas, un visor, peEjemplo: en la figura 3, la representación simbólica brar dentro del mismo abdomen. dales para accionar las diferentes fuentes de energía y genera dos postulados dudosos: “o hay un agujero adeUna vez hecho esto, se acerca el robot con sus tres o para mover la cámara, y un sistema de comunicación entre lante del robot o hay una sombra enfrente de él”. cuatro brazos interactivos, cada uno de los cuales se coel operador y el personal cercano a la paciente. necta a cada trocar ya insertado en la pared abdominal. Teóricamente, se pueden efectuar operaciones a larga Es otro módulo el que Después de este docking o “atracamiento” del robot con la distancia via satélite, lo cual ya se ha experimentado en permite a la máquina paciente, el procedimiento continúa a través de la consola varias ocasiones. discernir y optar. quirúrgica antes descrita. Sin embargo, la cirugía a larga distancia no se ha impulFigura 1. Sistema para controlar robots móviles ViRbot. Por lo general, el procedimiento continúa sin mayor sado por muchos motivos, uno de los cuales es la vulneradificultad y en forma rápida (lo que depende de la expebilidad médico-legal a la que nos encontramos expuestos EL AMBIENTE VIRTUAL riencia del cirujano). Se usan pinzas y tijeras electrónicas los médicos, los hospitales y las compañías de aparatos Figura 3. Una interfaz gráfica de tres dimensiones, la cual utiliza para cauterizar y cortar los tejidos con un mínimo de traumédicos en los Estados Unidos. Sombra enfrente técnicas de graficación para poder representar objetos de de un robot.

Doctor Jesús Savage Departamento de Procesamiento de Señales. Facultad de Ingeniería / UNAM savage@ servidor.unam.mx Ingeniero Fernando Lepe-Casillas Edna Márquez Laboratorio de Proyectos Especiales

46

26

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

usando el servidor serial (RS232 Server), ii) usando los serla paciente y en una movilidad más temprana después de vicios WinSock y, ii) usando la interacción entre PHP script, la cirugía. la librería DLL y los servicios WinSock en el segundo nivel Las pacientes no sufren incisión en el abdomen, sino del esquema. cuatro punturas de menos de un centrímetro, lo cual tamSi el servidor serial es utilizado, entonces el puerto sebién se traduce en menos dolor. rial de la plataforma es compartido, a fin de establecer la En nuestra experiencia con las primeras 150 cirugías comunicación remota con el hardware del laboratorio. robóticas no tuvimos ninguna infección seria como resultado del procedimiento. Se presentaron algunas infeccioFORMA OPERACIONAL DE LA PLATAFORMA 2. ESQUEMA BASADO nes urinarias debido a la presencia del catéter en la vejiga Cuando se desea utilizar los servicios de programación EN PROGRAMACIÓN MULTICAPA (lo cual es muy frecuente en cualquier tipo de cirugía). Introduciremos ahora una descripción del software uti- remota, el esquema de la figura 3 abre un canal de comuEl 90 por ciento de las pacientes tienen una estancia lizado para el diseño de la plataforma de control remoto nicación con el fin de compartir los servicios de comunihospitalaria de menos de 24 horas. Las hacemos comer cación serial (RS232), y realizar la programación remota. de equipos a través de la Internet. una dieta normal tan pronto como despiertan de la anesSi se desea utilizar los servicios de control remoto, tesia. Son dadas de alta sólo con analgésicos por via oral, y entonces el esquema mostrado en la figura 3 abre más por lo general regresan al trabajo o a sus actividades norEn la figura 3 se opciones de comunicación. La primera opción es similar males en un periodo de aproximadamente dos semanas. muestra la arquitec- al método de programación remota; sin embargo, en este tura del software pro- caso el tablero de control y el equipo (robot) están sepaEL ENTRENAMIENTO puesto, el cual es más rados. Ni son todos los que están, ni están todos los que son. La segunda alternativa de control remoto es mediante efectivo que los esLa cirugía robótica no es para todos los pacientes ni para quemas aplicados de el uso del WinSock, la cual es similar al método anterior, todos los cirujanos. Existen aún muchas limitantes, tanto tele-presencia clásico, pero en este caso el intercambio de información se realiza en la tecnología como en las aplicaciones anatómicas de puesto que permite la por módulos de programación en WinSock. Aquí es neestos procedimientos. interacción entre dife- cesario conocer los comandos del controlador con el fin Esta tecnología se puede aplicar hoy en día solamente rentes elementos de de enviar la información a través de Internet al modulo en especialidades como cirugía general, cirugía cardioHW y SW, lo que hace WinSock, y entonces este último enviará la información Figura 3. Arquitectura multicapa propuesta. torácica, urología, ginecología y cirugía pediátrica. posible trabajar bajo correspondiente al hardware. Otras especialidades aún no se han beneficiado de esta La tercera opción de control remoto es cuando el eslos tres esquemas de innovativa técnica; sin embargo, se sigue investigando en tele-presencia, i.e. tele-operación + tele-control + tele-pro- quema permite el acceso al control del hardware, usannueva instrumentacion para poder ofrecer este beneficio a do una página Web, donde el usuario hace el trabajo del gramación. otras especialidades. La capa de alto nivel corresponde a la del servidor controlador. En este caso, el esquema de la figura 3 recibe La mejor inversión que podemos hacer actualmente es HTTP, servicios WinSock, servidor Webcam y el servidor de los comandos del usuario por medio de la página Web y la de entrenar residentes en cirugía laparoscópica convencomunicación serial RS232. El segundo nivel del esquema los envía a algún script del PHP. Este último reenvía los cional (a falta de la disponibilidad de un sistema robótico). está implementado por módulos de PHP script, librerías comandos al software correspondiente de control, que se Se ha comprobado que aquellos cirujanos que han sido enDLL y los servicios de la base de datos. Todos los servicios encuentra en la misma plataforma. trenados en laparoscopía durante su especialización, reFinalmente, en la operación remota, los esquemas pueden ser compartidos por un servidor tipo VNC. quieren menos tiempo para entrenarse en cirugía robótica Esta distribución de software presenta grandes venta- pueden ser compartidos usando un servidor VNC (Virtual que aquéllos que no lo hicieron. jas, entre las cuales se puede mencionar la seguridad en la Network Computer), el cual es un protocolo de comuniLos cirujanos acostumbrados a grandes incisiones abplataforma, y que ofrece varias opciones para transmitir la cación basado en el protocolo RFB. Éste permite el acceso dominales, y quienes fueron siempre renuentes a adoptar remoto del “escritorio de otra computadora” localizada en información hacia el hardware. técnicas de cirugía micro-invasiva, son los que se enfrenCapa de Presentación. En el servidor HTTP está en la la Web. El protocolo VNC transmite el teclado y los eventos tan a una curva de aprendizaje más difícil cuando se decapa de presentación. Esta capa contiene varias páginas del mouse de una computadora a otra, transmitiendo la ciden a adoptar la cirugía robótica. pantalla gráfica actualizada en otra dirección en la red. Web con información de los servicios de la plataforma. Sucede como en el caso de las computadoras: cuando Capa Lógica. En esta capa se tiene la capa de prograun niño es entrenado desde temprana edad en su uso, mación. Tres lenguajes de programación son usados en la 3. IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO nunca tendrá las mismas dificultades que aquél que deplataforma: PHP, VBasic y SQL. En esta capa interactúan En esta sección, se presenta la arquitectura de un laboratocidió aprender computación en edad adulta. los bloques: i) “PHP scripts” (los cuales contienen varios rio remoto usado en sistemas de control y robótica. Esta programas en PHP), ii) el bloque de base de datos MySql y, estructura se muestra en la figura 4. CONCLUSIÓN: Computadora A. Permite establecer una comunicación iii) el bloque de las librerías DLL (diseñadas en VBasic). La cirugía con asistencia de un robot es un concepto viejo Capa de base de datos. La capa de base de datos con- textual y oral entre un usuario local y el remoto, de modo y nuevo al mismo tiempo; antes la soñábamos, y hoy contiene información de la plataforma, i.e. la lista de usuarios, que esta computadora proporciona una ayuda en línea y tamos con ella. logbook. La capa Lógica y la capa de base de datos confor- utiliza los siguientes paquetes de software gratuitos: ma y pérdida sanguínea. Éstas son algunas de las mayores •Messenger: Comunicación de Texto y Webcam. man el esquema de seguridad de la plataforma. Gracias a Depende de nosotros, como cirujanos, el establecer e ventajas de este tipo de cirugía. •Skype: Comunicación, Telefonía IP y videoconferenesto es posible usar las restricciones proporcionadas por impulsar técnicas quirúrgicas que beneficien a nuestros un script de PH, la cual permite el uso de la plataforma cias. pacientes y que les permitan tener sus padecimientos reMÍNIMA PÉRDIDA SANGUÍNEA Computadora B. Tiene la tarea de compartir varios resolamente si el usuario tiene la autorización. En este caso, sueltos con un mínimo de dolor y con una rápida recupeEl manejo de los tejidos es muy delicado, lo cual se tra-cursos a través de la Internet. La arquitectura propuesta PHP interactúa con MySql a fin de validar al usuario. Después de todo, estamos en el siglo XXI; es tiemduce en menor dolor posoperatorio. La pérdida sanguíneaestáración. instalada en esta computadora. Aquí se encuentra insCapa de comunicación. La plataforma proporciona po de actuar como una sociedad avanzada y de explotar al es mínima, usualmente de 30 mililitros en promedio paratalado el siguiente software: diferentes caminos de comunicación con el hardware: i) una histerectomía, lo cual resulta en menor debilidad de máximo la tecnología para el beneficio de la humanidad. de tele-programación. Una de ellas está relacionada con la idea de extender la distancia entre el programador de software y el microcontrolador o el tablero de control. La otra está relacionada con el uso de dos sistemas, uno llamado maestro y el otro esclavo, separados por un canal de comunicación. En [20], los métodos de tele-programación están basados en la tele-operación.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

27

47

Cirugía robótica cardiaca

la pantalla, y para controlar la luz en el área de cirugía. •Matlab/Simulink es usado generalmente para el control la Internet. Vale la pena mencionar que esta arquitectura El concepto inicial era para poder operar en un lugar disde sistemas dinámicos. permite a un usuario remoto acceder a los servicios de tante, pero técnicamente es muy difícil. Todo el equipo •ControlDesk, herramienta gráfica para controlar en tiemcontrol, programación y operación de robots localizados está en la misma sala de operaciones, como se ve en las po real los equipos. en el laboratorio de Mecatrónica del CIIDIT en Montefiguras 2 y 3. •UltraVNC Server, software perteneciente a la familia de rrey, México (ver figura 5). los VNC. Tele-programación. Aquí el estudiante utiliza el lenCarmelo Otero •LogmeIN, servidor VNC. guaje de programación BASIC a fin de programar un mi•TCPComm,l servidor de comunicación serial RS232 que crocontrolador llamado PICAXE. En esta plataforma, el a cirugía cardíaca ha experimentado un cambio propermite compartir los puertos de comunicación serial de estudiante puede usar las instrucciones básicas para profundo en los últimos años, debido a la introducción la computadora. El puerto de comunicación serial es usagramar los servomotores del robot como lo son: servo, de la cirugía mínima invasiva y, particularmente, al do comúnmente como medio de comunicación de la PC y goto, serin, serout, pause, if, for uso de robots. Los avances en el campo de la cirugía se los equipos. Además, el estudiante puede programar el microconhan concentrado recientemente en la disminución del •WebcamXP, servidor de imágenes de las webcams. Éstas trolador PICAXE haciendo uso de diagramas de flujos grado de invasión del cuerpo por el procedimiento quipueden mostrar los detalles funcionales de los equipos. del método de programación. El diagrama de flujo es un rúrgico. excelente medio pedagógico, ya que el software muestra Los adelantos en la tecnología proveen la base para Computadora C. Tiene una interfaz con la tarjeta de una vista panorámica y gráfica de la secuencia de prodesarrollar intrumentos, equipo y técnicas que nos peradquisición de datos (DAQ) y a manera de seguridad no gramación. mitan obtener el mismo resultado médico, pero con un comparte ningún recurso en la Internet. Esta computadora Tele-control. La plataforma permite compartir los regrado de invasión mínima para el paciente. El progreso en es usada sólo para compartir la información con la comcursos del bloque DLL’s del esquema de la figura 3, de el área de imágenes de video, la tecnología endoscópica y putadora B a través de control remoto. Además, esta commodo que el estudiante puede diseñar sus propios prola instrumentación han hecho posible la transformacion putadora protege el acceso a la plataforma (robot) a fin de gramas en VBasic, C, Matlab u otro lenguaje para controlar de muchos procedimientos de cirugía abierta a procedievitar daños causados por usuarios no autorizados. el robot. En la opción telecontrol, el estudiante puede disemientos endoscópicos. En este campo, el robot da Vinci se ñar y probar sus algoritmos usando para ello el software ha estado usando en salas de operaciones, bajo el control de simulación en modo local; si la capacidad de la red es del cirujano, para hacer la cirugía de una manera mínima adecuada y típico el retraso endelas señales no afecta la estabiFigura 2 Arreglo en sala operaciones. invasiva. lidad de los sistemas, entonces se puede probar en línea con el robot. ALTO GRADO DE INVASIÓN Tele-operación. Esta plataforma ofrece los servicios Aunque la cirugía cardíaca se ha hecho de manera exitode tele-operación a los estudiantes, que los pueden utisa por más de tres décadas, generalmente con buenos relizar en forma remota. En este caso la plataforma comsultados, todavía es una cirugía con un grado de invasión parte los servicios de tele-operación usando los servicios muy importante en el cuerpo. El cortar el esternón y usar de Skype y logmeIn. la máquina de pulmón artificial puede crear morbilidad La figura 9 muestra el esquema de acceso remoto del para el paciente, la cual se manifesta como complicaciones robot hexápodo, mientras que la figura 10 muestra un u obstáculos en la recuperación. Si se puede minimizar el “screenshot” correspondiente a un experimento desde las trauma qurúrgico para el paciente, el riesgo quirúrgico y Figura 4. Esquema instalaciones deBrazos laboratorios en en Nantes, FranTorre de video. robóticosde IRCCyN, Cirujano la consola del laboratorio remoto. las complicaciones se reducen. Figura cia.3.

L

Ejemplo de incisiones en la figura 1

4. PLATAFORMA EXPERIMENTAL Entre los procedimientos quirúrgicos para los que PARA LA ENSEÑANZA DE LA ROBÓTICA se usa el sistema Da Vinci, está la cirugía de puente o En el campo de la enseñanza donde se requiere de proce“bypass” para enfermedad de arterias coronarias, y cirugía dimientos experimentales para reafirmar los conocimienpara reparar la válvula mitral. Hay otros procedimientos tos adquiridos, los laboratorios remotos presentan algucardíacos que también se pueden hacer con la ayuda del nas ventajas con respecto a los laboratorios presenciales. robot, como la cirugía para fibrilación atrial (latido irreguA continuación mostramos algunas diferencias entre labolar), implantación de alambres para marcapasos, y otros. ratorio remoto y laboratorio presencial: Todos estos procedimientos se pueden hacer de una forHorarios flexibles vs. horarios restringidos. ma mínima invasiva. Experimentación individual vs. experimentación grupal. Acceso desde cualquier computadora vs. acceso sólo al Los adelantos en la tecnología hacen posible la cirugía Esta figura representa la incisión tradicional para la reparación laboratorio. de la válvula mitral, frente a la incisión mínima invasiva. mínima invasiva. Para cirugía de corazón, se ne-de Mecatrónica del CIIDIT. Figura 5. Esquema delhacer laboratorio remoto en el Laboratorio El autoaprendizaje del estudiante es fomentado. cesita usar la máquina de pulmón artificial (la bomba, El estudiante puede auxiliarse de otro medio educativo, o máquina de circulación extracorpórea) para las opeSISTEMA DA VINCI En la figura 6 se muestran las imágenes del entorno como documentación vía Internet, simulaciones, softEl sistema Da Vinci se compone de tres partes: la consola raciones de válvulas, y a veces para la cirugía de puente o del robot, donde una cámara ha sido colocada sobre el ware, etcétera. (controles para el cirujano), la torre de video, y lo brazos “bypass”. La tecnología sigue en paralelo el desarrollo del robot hexápodo, como se puede apreciar en la imagen su-Doctor Carmelo Otero El estudiante es motivado cuando está viendo los resultarobóticos. Con este sistema se puede hacer la cirugía mí- robot, y produce el equipo e instrumentos necesarios para Instructor Nacional perior izquierda de la figura 10. Por otro lado, para ayudarde Cirugía Robótica dos experimentales y comprobando las teorías aprendinima invasiva del corazón. El cirujano controla los bra- poder hacer las operaciones para las cuales se necsita usar al operador, se colocó una cámara externa que muestra alpara Intuitive Surgical das en el salón de clases con resultados reales. zos robóticos mediante el uso de la consola robótica. La la máquina de pulmón artificial sin tener que hacer una robot y su entorno como se aprecia en la imagen superiorSan Antonio, Texas Ahora presentamos una aplicación de la arquitectura [email protected] torre de video tiene el equipo para producir la imagen en esternotomía (abrir el pecho o esternón). derecha de la misma figura. propuesta para el control de robots a distancia utilizando

44

28

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

Tele-programación, Tele-control y Tele-operación

Todas estas ventajas se traducen en resultados exceMODIFICACIÓN DE TÉCNICAS lentes, con menores porcentajes de mortalidad y morbiLas técnicas para las operaciones cardíacas desarrolladas lidad para los pacientes. en el pasado se modificaron para usarlas de manera mínima invasiva. El procedimiento principal se mantiene igual IMÁGENES TRIDIMENSIONALES en términos de resultados y objetivos en general. En estas operaciones, el cirujano controla los brazos roEmpero, las ventajas de cirugía robótica son muchas. bóticos a través de la consola. Los brazos se utilizan con En la cirugía mínima invasiva y robótica hay menos comdiferentes intrumentos que se intercambian en la sala de plicaciones y problemas. La estancia en el hospital es más INTRODUCCIÓN operaciones. El brazo central se utiliza para la cámara, que corta. El regreso a las actividades normales ocurre más El acceso remoto a equipos de laboratorios complejos, es en realidad una doble cámara. Con esta doble cámara y rápidamente después de una intervención mediante la cimodernos y costosos representa un tema atractivo y de el programa computarizado, la imagen que el cirujano ve rugía robótica, y con el uso de ésta el riesgo es menor para gran interés, tanto para la investigación y para la enseñana través de la consola es tridimesional. Al tener la imagen la gran mayoría de los pacientes. za, como para aplicaciones industriales. Actualmente, el en tercera dimensión, el cirujano puede ejecutar su cirugía Asimismo, la recuperación postoperatoria es más ráestudio y la aplicación de la robótica en los diversos camcon mayor precisión. Los otros dos o tres brazos se usan pida, y hay una tendencia hacia menor uso de transfupos de la ingeniería es uno de los temas que ha adquirido para instrumentos quirúrgicos. siones de sangre. El dolor postoperatorio disminuye grangran interés, debido a los grandes avances tecnológicos, y Los instrumentos quirúrgicos se intercambian bajo la demente; las cicatrices son reducidas a varias incisiones en particular a la Internet. supervisión y dirección del cirujano. Estos instrumentos de un centímetro y una de cinco centímetros, como se ven La enseñanza y la investigación en el área de la robótitienen movimiento en todas direcciones, a fin de facilitar en las figuras 4 y 5. ca son unas de las prioridades que desafortunadamente el procedimiento, minimizando la incisión. Estos instruse ven limitadas por los altos costos en equipamiento y mentos proveen más destreza para el cirujano en un área en mantenimiento de estos equipos, lo que hace que estos limitada. Los instrumentos se han desarrollado específilaboratorios sean exclusivos de algunos centros de invescamente para el robot, y son muy parecidos a los intrutigación e instituciones educativas. mentos usados en la cirugía convencional. Varias plataformas experimentales, distribuidas en La cirugía convencional es todavía la manera prevalediferentes laboratorios en el mundo, son accesibles en ciente de corregir problemas cardíacos, ya que no todos línea a través de la Internet, lo que ha motivado que los pacientes que requieren cirugía cardíaca son candidanuevos campos de la ingeniería se desarrollen en esta tos para intervención con el uso del robot. dirección, como es el caso de la tele-robótica, que perLos pacientes con bloqueos en las arterias coronarias mite a un operador supervisar el control de estos sistemas Jesús de León Morales del lado izquierdo del corazón tienen una posibilidad más de manera remota. alta de ser candidatos a cirugía con el uso del robot. Se han desarrollado técnicas de cooperación hombre– La mayoría de los pacientes con condiciones que máquina en los niveles de programación, control y transafectan la válvula mitral, particularmente regurgitación a red de Internet proporciona un excelente medio misión de información, a fin de proporcionar al usuario mitral (la válvula no cierra por completo) son candidatos que permite el desarrollo de nuevas tecnologías de servicios que permitan la transmisión de información de para cirugía asistida por el robot, y hasta la fecha los recomunicación diversas aplicaciones. Una que una manera simple, y que además sean accesibles a mucha Figura 4 Cirugía de para ”bypass” de coronarias. sultados obtenidos han sido paralelos a los resultados con ha tenido un desarrollo importante es la creación de labo- gente que cuente con recursos multimedia. la cirugía tradicional, pero con recuperación más rápida y La potencialidad de los laboratorios remotos para el ratorios remotos dedicados a la robótica. El acceso remoto estancias más breves en el hospital. a laboratorios de alto nivel ofrece un medio económico control de robot [8], y en particular el uso de la Internet Todas estas cirugías y técnicas son todavía muy nuey excelente para la enseñanza a distancia, para la inves- como canal de comunicación, están al alcance de los esvas y se continúan refinando. La tecnologia sigue avantigación y para la experimentación remota. Algunos tra- tudiantes o de los investigadores desde diferentes partes zando, y se llevan a cabo los estudios conducentes a bajos publicados proponen plataformas robóticas para el del mundo ([1], [10], [4], [2], [17], [14]), por lo que varios confirmar los buenos resultados y continuar el progreso acceso a laboratorios experimentales basados en Internet; trabajos publicados, basados en experimentación remota en la cirugía cardíaca. La instrumentación también está sin embargo, es necesario que estas plataformas dispon- en plataformas robóticas, están siendo utilizados como siendo modificada, para adaptarla mejor a procedimiengan de una buena arquitectura, de una clara metodología una excelente alternativa para acceder a equipos remotos tos mínimo invasivos. para su operación y que además faciliten la integración de ([2], [17], [7], [15]). Para más información, los interesados pueden comuniPor otro lado, para tratar de resolver el problema de los elementos tanto en software (SW) como en hardware carse a nuestro Centro de Cirugía Minima Invasiva Cardioverificar los algoritmos obtenidos para el control de robots (HW). vascular y Torácica, en San Antonio, Texas 210-615-6626 En este trabajo se presenta una plataforma de ac- u otros procesos en tiempo real, se aprovechan las ventao enviar correo electrónico a [email protected]. ceso remoto basada en una programación multicapa que, jas que ofrece la red de computadoras de los sistemas de También pueden encontrar más información a través de además de facilitar la integración entre HW y SW, ofrece el comunicación y de tele-operación. Además, el desarrollo nuestra página de internet www.CMICS-SA.com y a través acceso a los diferentes esquemas de tele-presencia: tele- de estas nuevas herramientas permite la posibilidad de de la página de internet del robot DaVinci. operación, tele-control y tele-programación. Finalmente, usar estos equipos para la enseñanza y la investigación se muestran las pruebas experimentales del esquema pro- en los campos de la tele-robótica, tele-operación y teleFigura 5 Cirugía de válvula mitral. Como todos los procedimientos nuevos, se debe seguir puesto sobre un robot hexápodo localizado en el Centro presencia. el progreso de una manera cuidadosa, para estar seguros Las áreas de aplicación de estos campos de la ingeniede Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y de que los pacientes reciban el mejor procedimiento con BREVE HOSPITALIZACIÓN Tecnología de la Universidad Autónoma de Nuevo León ría son muy diversos, entre los cuales podemos menciolos mejores resultados y menores complicaciones. El munLa estancia en el hospital es más corta para los pacientes (CIIDIT), Apodaca, México, y controlado desde el Institute nar las espaciales, donde diferentes satélites o estaciones do de la cirugía cardíaca continúa cambiando diariamende cirugía robótica. El promedio de internamiento en el de Recherche en Communication et Cybernetique de Nantes son tele-operadas o tele-controladas desde los centros te, con el objetivo de mejorar el cuidado de los pacientes hospital para pacientes de bypass es de dos días, y de tres de mando; la exploración submarina, y en particular, la (IRCCyN), Nantes, Francia. cardiovasculares. dias para pacientes de reparación de la válvula mitral.

Robots controlados a través de Internet

L

Doctor Jesús de León Morales Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología Universidad Autónoma de Nuevo León drjdeleon@ gmail.com

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

29

Técnicas de equilibrio en robots bípedos

45

en el cual no exista un momento que nos haga volcarnos La principal característica de esta herramienta es su exploración de campos petroleros submarinos. Además, hacia el frente, hacia atrás o hacia alguno de los lados. Por arquitectura multicapa, la cual permite una buena intese tienen otras áreas, como limpieza de desechos tóxicos, eso precisamente se llama punto de momento cero. gración de los elementos, tanto en hardware (HW) como aplicaciones médicas, como el tele-diagnóstico y la teleEn el proceso de nuestra marcha estamos en la búsqueen software (SW). cirugía, o la explotación de minas. da constante de ese punto para mantener el equilibrio. Otras áreas muy atractivas e interesantes se desarroAfortunadamente, nuestro cerebro hace esos complejos ORGANIZACIÓN llan actualmente, como el control de aviones, de automócálculos de manera transparente, y ordena a cada uno J. Antonio Estradapor mencionar algunas. Este trabajo está organizado de la siguiente manera: en viles yRojas de trenes, de los músculos de las piernas actuar de cierta forma e la Sección 2 se introducen los conceptos de tele-control, intensidad, con el fin de no perder el balance. tele-operación y tele-programación. En la Sección 3, se EXPERIMENTACIÓN REMOTA Existen dos tipos de marcha: marcha estáticamente esa habilidad de los seres humanos para caminar es propone un esquema basado en una arquitectura multiEn otro orden, en la experimentación remota existen vaalgo que aprendemos desde la infancia y se nos table y marcha dinámicamente estable. En el primer caso capa. En la Sección 4, se presenta una descripción del laborios esquemas basados en canales de comunicación llamaqueda de manera permanente. El resto de nuestra hay garantía de equilibrio, puesto que el robot siempre se ratorio remoto propuesto. En la Sección 5, una aplicación dos esquemas de tele-presencia. Mediante instrumentos vida es un proceso que realizamos de manera inconsciente asegura de que la proyección de su centro de gravedad del esquema propuesto es aplicada a un robot hexápodo de medición especiales –sensores- e infraestructura tecy paralela con otras actividades. En este artículo se abor- caiga dentro del área de la superficie de localizado en el Centro de Innovación, Investigación y nológica -pantallas graficas, transmisión de voz, imágenes dan las técnicas de equilibrio que son implementadas en contacto del pie con el suelo. El segundo Desarrollo en Ingeniería y Tecnología de la Universidad y datos- el humano puede hacerse sentir presente en un caso concierne a un proceso de marcha, robots bípedos. Autónoma de Nuevo León (CIIDIT), Apodaca, México, y lugar remoto, aun y cuando no esté realmente ahí. Esta parte en el diseño de un robot bípedo es muy donde el equilibrio se garantiza, siempre y controlado desde el Institute de Recherche en CommuAlgunos de los esquemas son: i) tele-operación, ii) telecompleja, ya que el robot no es un ser humano que apren- cuando se mantenga el ciclo de la marcha nication et Cybernetique de Nantes (IRCCyN), Nantes; programación y iii) tele-control. En [9] y [5] se mencionan de la actividad y la retiene; por el contrario, tiene que eje- de manera completa y regular. Francia. Finalmente en la Sección 6, se presentan algunas algunos resultados relacionados con la tele-operación. Por El ciclo de la marcha comprende el cutar el proceso como si fuera la primera vez. Si en un conclusiones y recomendaciones. otro lado, en [3] y [18], los autores proponen un esquema momento dado el robot no tiene la información de lo que apoyo simple y el doble apoyo. La marde telecontrol. En otros trabajos, por ejemplo en [16] se tiene que hacer, esto propiciará inevitablemente una caída. cha humana es en realidad la marcha 1. ALGUNOS CONCEPTOS analiza el retraso de tiempo en los sistemas de telecomuEn este artículo se exponen algunas técnicas de equilibrio dinámicamente estable. La diferencia enEn esta sección se introducen los conceptos de tele-openicación, y en [12] se estudia la estabilidad del sistema tre las dos marchas se puede explicar de de robots bípedos. ración, tele-control y tele-programación. retroalimentado con control remoto. la siguiente forma: En la marcha estáticaTele-operación es definida como la operación continua, Otros autores proponen plataformas que sólo se utilimente estable, el proceso puede ser “conINTRODUCCIÓN directa y remota de equipos remotos (ver figura 2). A parzan para el accionar remoto de los equipos; por ejemplo, Uno de los principales problemas en el proceso de la mar- gelado” en cualquier momento, y el robot tir de la introducción de la tecnología de tele-operación, los robots, ([9], [5], [18]). Finalmente, pocos trabajos han cha humana ocurre cuando uno de los pies está volando, conservará el equilibrio, dado que el centro fue posible el desarrollo de interfaces capaces de proporsido publicados acerca de la programación remota (ver, mientras el otro está en contacto con el suelo. Si bajo el pie de gravedad está proyectado justo debajo cionar una interacción satisfactoria entre el hombre y el por ejemplo [15]). de apoyo el suelo presenta una imperfección, la siguiente del pie de contacto. Contrariamente, en la equipo experimental remoto. Por otro lado, el principal fase del proceso de la marcha puede presentar problemas marcha dinámicamente estable, al momenobjetivo del tele-control es extender la distancia entre TELE-PRESENCIA y conducir a una caída. La razón, es que seguramente los to de ser “congelado” el proceso, el robot los dispositivos de control y el equipo a controlar. La Sin embargo, para que un laboratorio remoto dedicado a la pares mecánicos para los actuadores de las piernas ya es- perdería el equilibrio. distancia entre se ha incrementado gracias al desaenseñanza e investigación sea funcional, debe ser capaz deAl primer tipo de éstos marcha también se le tán calculados y asignados, rrollo tecnológico de la Internet (ver En figura 2). ofrecer diferentes esquemas de tele-presencia. Esto pue-conoce como transferencia de carga. sin tomar en cuenta la imde ser fácilmente apreciado a partir de la figura 1, (ver de-la figura 2 se muestra un robot bípedo de perfección en la superficie talles en [1]) donde una comparación entre los diferentestalla humana diseñado para pruebas de de contacto. laboratorio en trayectorias de marcha y métodos de enseñanza, tomando en cuenta la efectividad En la figura 1 se muestra técnicas de equilibrio. Figura 2. Robot bípedo [3] de la enseñanza, el tiempo y el costo por estudiante, es un esquema de la situación esquematizado en la figura 1. que se aborda. De manera simple, se podría decir que POLÍGONO DE SUSTENTACIÓN si en un momento dado la O ENVOLVENTE CONVEXA proyección del centro de El polígono de sustentación o envolvente convexa se comgravedad del robot sale pone uniendo las figuras geométricas de los pies o la figudel área delimitada por los Figura 1. El caso (a) Figura 2. Esquemas de tele-control, tele-operación y tele-programación. ra geométrica del pie mismo. En la figura 3 se muestra pies, habría una pérdida de muestra pérdida del equilibrio. Caso (b) el polígono de sustentación para el caso de simple apoyo equilibrio. Existe una técniequilibrio mantenido. La figura 2.A muestra un esquema de tele-operación para dos formas de pie: la de un robot y la de un humaca muy eficaz, ampliamente a través de la Internet, trabajando con un canal simple de no. explicada en el trabajo de comunicación. Este canal es usado para cambiar o ajustar M. Vukobratovic y B. Borolav, investigadores inventores de los parámetros de los dispositivos de control y/o de la la técnica que lleva el nombre de punto de momento cero planta. Sin embargo, los efectos de estos cambios depenFigura Estudio comparativo laboratorios o ZMP (del1.inglés “zero momententre point”) [1,2], que es la que derán únicamente de lo que suceda en la capa del serviin situ y remotos. actualmente se aplica en la mayoría de los robots bípedos dor. César Guerra Torres hasta ahora construidos. Centro de Innovación, Doctor J. Antonio Entonces, tomando como referencia la figura 1, en este Lo sorprendente es que nosotros, los seres humanos, Investigación Rojas Estrada y 3. Polígono de trabajo se introduce una plataforma llamada Tele-opLa figura 2.B muestra un Figura esquema de tele-control me-Instituto Desarrollo en Tecnológico nos regimos por esta técnica, pero de manera inconssustentación para apoyo Ingeniería León ción, la cual ofrece una alternativa para el uso de labodiante la Internet, en la cual simple dos canales de comunicaciónde Nuevo ciente (la aplicamos desde el momento en que aprendey Tecnología Posgrado en Ingeniería ratorios remotos para la enseñanza y la investigación son requeridos (sistema en lazo cerrado), i.e. el caminoMecatrónica Universidad Autónoma mos a caminar). Dicha técnica consiste en encontrar un de Nuevo León en robótica, usando los esquemas de tele-presencia: telede transmisión Ch1 y el camino de retroalimentación Ch2.jarojas2001@ punto en la superficie de contacto del pie con el suelo, yahoo.com.mx cguerratorres@gmail. operación, tele-control y tele-programación. Existen diferentes interpretaciones acerca del concepto

L

com

42

30

ROBÓTICA ROBÓTICA

fibra óptica, un cable o radiofrecuencia. En este caso, toEn el caso de doble apoyo, se unen las formas geomédas las decisiones son tomadas por el operador basado tricas y se construye una envolvente convexa entre ambas. en la retroalimentación de los sensores del aparato. Un La figura 4 muestra este caso. ejemplo de UGVs teleoperado es un carro de juguete a control remoto. En contraste, vehículos terrestres autónomos no Figura 4.los Polígono dede sustentación para y para esto deben tener la hadependen un operador, doble apoyo bilidad de obtener información del medio en el que se desplazan, a fin de navegar sin asistencia humana, evitar obstáculos y, eventualmente, detectar objetos de interés. El concepto de envolvente convexa se puede ilustrar de la siguiente manera: considerar los puntos que están denAdemás, deben tener capacidad de adaptación a las tro de la figura geométrica resultante como un conjunto. Si condiciones cambiantes que los rodean, para lo cual han ahora se toman dos puntos cualesquiera que pertenecen de utilizar la información recolectada por sus sensores, y a este conjunto y se unen mediante una recta, los puntos ajustar sus planes de navegación. Todo lo anterior implica que forman la recta no deben salir del conjunto para que la limitante de hacerlo en tiempo real. se considere una envolvente convexa. Si un punto de la recta formada sale del conjunto definido, entonces no será ÁREAS DE INVESTIGACIÓN una envolvente convexa. Las actuales áreas de investigación para este tipo de vehículos incluyen: control de robots, desarrollo de senZMP EN LA MARCHA DINÁMICAMENTE ESTABLE sores, cálculo de trayectorias y movilidad mecánica. Un Como ya se explicó, la marcha dinámicamente estable es área de investigación que ha sido ampliamente estudiada la que realizamos los seres humanos, pero nos tendríamos es la locomoción a patas, dado que este tipo de movimienque plantear la siguiente pregunta: ¿por qué perdemos el to presenta claras ventajas cuando el medio en el que se equilibrio durante una marcha? La respuesta es: “simple y desplaza el vehículo es difícil. sencillamente porque el punto de momento cero de nuestra marcha sale del polígono de sustentación”. Podemos La aplicación de tal tipo de vehículos es extensa, y se decir que la posición del punto de momento cero es un incluye la desactivación de artefactos explosivos o la reindicativo del equilibrio en una marcha. Cuando el ZMP se colección de muestras en ambientes extremadamente hosacerca a los límites de la envolvente convexa, habrá riesgo tiles. de una caída. El cálculo del ZMP es complejo y tiene que ser verifiVEHÍCULOS SUBMARINOS NO TRIPULADOS cado cada instante, porque depende de la postura. Estos Los vehículos submarinos no tripulados (UUVs, por sus sicálculos los realiza el cerebro en el ser humano y un glas en inglés) incluyen vehículos operados remotamente procesador en un robot bípedo. Dichos cálculos se hacen y vehículos submarinos autónomos. Los UUVs en general en conjunto con los necesarios para el resto del cuerpo pueden ser utilizados en exploración en mar ultraprohumano y de la estructura del robot en el caso del bípedo. fundo o cuando el destino submarino es incierto, o bien En la figura 5, se presenta un esquema del pie, donde se cuando las condiciones del mar hacen peligrar una misión muestra el punto de momento cero. tripulada.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO De la misma manera que en los vehículos terrestres, En este caso, se trata del punto C, cuyas coordenadas en los vehículos submarinos no tripulados se hace la en el plano XZ son . Éstas pueden ser calculadistinción entre los vehículos remotamente operados y das de dos formas: primero, mediante el cálculo de las colos vehículos autónomos. Los vehículos remotamente ordenadas usando las posiciones y velocidades del centro operados trabajan conectados a un barco de soporte de masa relacionado por las ecuaciones: mediante un cable umbilical que transmite las señales de control y la energía necesaria para la operación del vehículo, y obtiene a su vez las imágenes y otros datos de los sensores. Es importante hacer notar que los vehículos submarinos teleoperados son controlados continuamente, y para esto es necesario tener un lazo de comunicación confiable. El cable umbilical restringe las operaciones Otra manera de cálculo es la derivación de las coordea una distancia próxima al barco soporte y en ocasionadas del ZMP en el polígono de sustentación de los pies a nes causa enredos entre el vehículo y el cable. Para partir de las fuerzas de contacto. minimizar este tipo de problemas, se remueve el lazo En cada punto Pi hay una fuerza Ni normal, que tiene entre la nave y el vehículo, eliminando las restricciones por coordenadas respectivamente, y que se de maniobrabilidad y profundidad. muestra en la figura 5. Se pueden relacionar como: Los vehículos sin cordón umbilical pueden operar en modo crucero, cuando se mueven continuamente durante una misión, o en modo suspendido, usados para inspecciones detalladas de objetos fijos. Esta distinción es importante por las leyes de control que deben ser utilizadas para dirigir el vehículo. En un medio submarino, las comunicaciones pueden llegar a suspenderse, por lo que en ocasiones los vehículos utide donde se pueden escribir las ecuaciones para obtener lizados deben tener un amplio grado de autonomía las coordenadas del ZMP a partir de las fuerzas de con(vehículos submarinos autónomos, UAV, por sus sitacto como glas en inglés), y la toma de decisiones debe darse mediante algún sistema de control embarcado. Los vehículos submarinos autónomos se emplean principalmente para la exploración profunda y el monitoreo ambiental. Las áreas de investigación actuales para los vehículos submarinos no tripulados incluyen: el desarrollo de sistemas de potencia ultra-eficientes, la síntesis de que corresponden con las ecuaciones (1) y (2). controladores basados en modelos más eficientes y la concepción de nuevos sistemas de comunicación. DINÁMICA DEL ROBOT BÍPEDO El modelo dinámico con restricciones, del robot bípedo, VEHICULOS AÉREOS NO TRIPULADOS puede ser expresado como un conjunto de ecuaciones de Un vehículo aéreo no tripulado (UAV, por sus siglas Euler-Lagrange, considerando que los cuerpos articulaen inglés) es una aeronave sin piloto. Estos vehículos dos son rígidos. El modelo del robot ha sido ampliamente pueden ser controlados a control remoto o bien seguir abordado en [4] y [5], el cual es: órdenes de vuelo pre-programadas mediante sistemas de control automático. Aunque su aplicación principal ha sido de carácter militar (misiones de observación, búsqueda y rescate donde es la matriz de inercia; o bombardeo de precisión), en el medio civil también es la matriz de fuerzas centrífugas y de Coriolis; resultan de utilidad para inspección forestal, vigilanes el vector de gravedad; es el vector de cia de tráfico o supervisión de líneas de transmisión o fuerzas de los actuadotes, y representa el gasoductos. Estas aeronaves pueden ser aviones de ala vector de fuerzas de contacto. fija, dirigibles o helicópteros.

M.C. Francisco Gerardo Benavides Bravo Posgrado en Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Nuevo León

Figura 5. Estructura del pie, el ZMP y el polígono de sustentación

Específicamente, C(q) es la matriz Jacobiana del conEn general, como en los casos de los vehículos no junto de restricciones normales y tangenciales tripulados terrestres y submarinos, los vehículos aéredonde k representa la k-ésima restricción noros no tripulados se dividen en categorías, de acuermal y tangencial respectivamente y el vector de los

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO multiplicadores de Lagrange asociados; representa el vector de coordenadas generalizadas. TÉCNICA DE LA RAZÓN TOTAL DE CAMBIO DEL MOMENTO ANGULAR La razón total de cambio del momento angular es una cantidad física que ha sido utilizada para generar trayectorias de marcha de sistemas caminantes [6], [7]. El punto de momento cero (ZMP) [1,2] o las técnicas basadas en fuerzas de contacto normal y tangencial usan la razón total de cambio del momento angular. La expresión formal del vector P está derivada en función del momento angular ( P) como:

ROBÓTICA ROBÓTICA

Finalmente, el vector compuesto de los pares para el El equipo de trabajo del laboratorio de mecatrónica tobillo en apoyo se expresa en la ecuación 11, y la figura 7 del CIIDIT actualmente desarrolla leyes de control no muestra dónde actúan. lineales para controlar las funciones requeridas de los drones existentes. Estas leyes están basadas principalmente en el conocimiento de la dinámica (generalmente no lineal) de los sistemas y la obtención de un modelo dinámico tanto para los dirigibles como para los helicópteros.

Los modelos obtenidos están basados en expresiones lagrangianas para la energía del sistema. Mediante la utilización de estos modelos, se pretende diseñar estrategias CONCLUSIONES de control para seguimiento de trayectorias y algún tipo de En este trabajo se han presentado las estabilización robusta para compensar posibles inexactitécnicas para el cálculo del punto de tudes del modelo. Dichos algoritmos serán validados en do con su nivel de autonomía. En la mayor parte de las momento cero y su relación con la razón Figura 7. Los pruebas experimentales sobre los prototipos existentes. aplicaciones actuales los UAVs son teleoperados, como total de cambio del momento angular. pares de los los llamados drones, que no son parecidos a aeronaves Dichas cantidades físicas han demostratobillos son CONCLUSIÓN radiocontroladas, aunque los misiles de crucero pueden aplicados a do ser útiles en la ejecución de trayecSe presentaron las principales características de los veoperar de forma autónoma, con base en la información cada pierna. torias en tres dimensiones de algunos hículos no tripulados más representativos, así como los del terreno, así como en la información obtenida de otras robots bípedos. Se abordó la similitud desafíos científicos más importantes para desarrollar plefuentes, como el sistema global de posicionamiento (GPS, entre estas cantidades y los utilizadas donde Gi es la posición del centro de gravedad del inamente esta tecnología. por sus siglas en inglés). en la marcha humana. Se mostró sólo ésimo eslabón y PGi es el vector formado entre P y Gi; mi es Como se menciona, las ventajas ofrecidas por los vela parte que tiene relación directa con la masa del i- ésimo eslabón; Ri es la matriz de orientación hículos no tripulados son muy importantes, y en el futuro Una ventaja evidente de los UAVs (tanto teleoperados el punto de momento cero y los pares del marco del i- ésimo eslabón; Ii y i son la marco del iciertas actividades dependerán del desarrollo tecnológico como autónomos) es que no tienen las limitaciones resulde la estructura que son los de los toésimo eslabón respectivamente. P, donde (xP, yP, zP) son sus en esta área. La comunidad científica ha hecho grandes tantes de la capacidad física del piloto. billos. El resto de los pares y la ley de coordenadas, es el punto donde la cantidad es calculada. esfuerzos para mejorar el des-empeño de los vehículos control para ellos no se abordó. Entonces, el punto C, figura 6, con las coordenadas no tripulados, pero aún queda mucho trabajo teórico para Las áreas de investigación comprenden el desarrollo de ( x, 0, z), representa el ZMP en función de la razón total dotar a los vehículos de una autonomía total. los sistemas de control de vuelo, concepción de sistemas de cambio del momento angular P, por lo que se pueden de navegación y el diseño aerodinámico de aeronaves. relacionar el punto de momento cero y las componentes del vector de la razón total de cambio del momento anguDESARROLLO DE CONTROLADORES l a r P y se expresan como: PARA VEHÍCULOS NO TRIPULADOS Un área de primordial interés cuando consideramos vehículos no tripulados es el control de navegación. El resultado de un control ineficiente de trayectoria puede tener resultados catastróficos, principalmente cuando el vehículo se desplaza en un medio hostil. Esto es más complicado aún en el caso del control de vuelo para los UAVs, dado Un estudio completo se ha hecho en [6] y [8]. [1] A. Goswami. Postural stability of biped robots and foot-rotation que un titubeo en vuelo puede llevar a perder la aeronave; indicator (FRI) point, Int. J. of Robotics Research, 18(6):523-533, 1999. además, el sistema de control debe actualizarse a una fre- [2] Sardain, P. and Bessonnet, G., “Forces Acting on a Biped Robot. Center Como resultado, el equilibrio se mantiene cuando of pressure-Zero Moment Point”, Paper accepted for publication in the cuencia elevada. hay condiciones irregulares en el suelo. La ley de conIEEE Transaction on System, Man & Cybernetics, Part A, 2004. trol para el cálculo de los pares de la estructura del robot [3] J.A. Rojas. Reporte final de la estancia de investigación en el LMS de Actualmente, el Centro de Innovación, Investigación y la Université de Poitiers. Poitiers, Francia. Under Grant No 03/RPC-R-026. bípedo no es abordada en este trabajo. Desarrollo en Ingeniería y Tecnología (CIIDIT), de la Uni- 2004. versidad Autónoma de Nuevo León, cuenta con varios [4] P.B. Wieber, “On the Stability of Walking Systems”, Proc. of the Int. Workshop on Humanoid and Human Friendly Robotics, Tsukuba, Japan, prototipos de vehículos no tripulados, en los cuales se 2002, pp.53-59. implementarán algoritmos de control de navegación. En- [5] P.B. Wieber. “Constrained dynamics and parametrized control in tre los prototipos se encuentran helicópteros y dirigibles biped walking”. In Proc. of the 2000 Int. Conf. on mathematical Theory of [1] A.and L. Meyrowitz, Networks Systems. D. R. Blidberg, y R. C. a escala.6. Puntos Michelson. “Autonomous Figura [6] Mitobe, K., Capi, G., Nasu, Vehicles”. Y., “A newProceedings control method for walking of based the IEEE, Vol.84, No. 8, Agosto de 1996. robots on angular momentum”, Mechatronics 14, pp., 163-174, claves en el cálculo Estos prototipos deben desempeñar ciertas funciones, 2004. del ZMP. [2] K. P. Valavis, D. Gracanin, M. Matijasevic, R. a fin de cumplir sus tareas exitosamente. Estas funciones [7] Kajita, S., Yokoi, K., Saigo, M. and Tanie, K., “Balancing a humanoid y G.drive A. Demetrius. Architecture robotKolluru, using back concerned“Control torque control and direct angular son: navegación, estabilidad y control del vehículo, sen- momentum for autonomous underwater vehicles”. IEEE feedback”, Proc. of the 2001 IEEE ICRA, pp. 3376-3382. Control Systems, Diciembre 1997. of natural dynamic walking sado remoto, comunicaciones robustas. De éstas, el con- [8] Sano, A. and Furusho, J. “Realization trol de navegación y la estabilidad son esenciales para el using the angular momentum information”, Proc. of the 1990 IEEE ICRA, [3] B. Ludington, E. Johnson, and G. pp. 1476-1481. control de vuelo del sistema UAVs. Implícitas en estas dos Vachtsevanos. “Augmenting UAV autonomy” IEEE funciones están el control de los accionadores y las leyes Robotics and Automation Magazine, Septiembre de 2006. de control.

REFERENCIAS

REFERENCIAS

31

43

40

32

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO mantenerlo simple y con un mínimo número de operaciones. 5.Analizar qué puede fallar. Realizar un análisis de “¿Qué sucede si? (What if?)” a fin de detectar cosas que pudieran hacer que falle el sistema. Se deberá elaborar un análisis, estudios y modelos para reducir cualquier incertidumbre o duda. 6.Implementar. Generar dibujos para fabricación, fabricar, ensamblar, programar y probar el sistema en la planta del proveedor. Una vez aprobado se deberá embarcar e instalar en la planta a la que está destinada. Ya instalado el sistema se vuelve a probar para verificar que pueda operar en forma continua y sin piezas durante 20 horas. Enseguida se realiza una prueba que confirma que el sistema repite y opera adecuadamente. 7.Capacitar al personal de mantenimiento y operación.

obliga a que el fabricante se asegure que las piezas que se le alimenten siempre sean del mismo tamaño y estén colocadas en la misma posición. Pequeñas variaciones en las dimensiones de las piezas o su colocación, pueden ocasionar que la pieza o ensamble sean rechazados. El diseñador de una estación robotizada debe tomar en cuenta las variaciones que puede tener la materia prima, la forma en que llegan las piezas a la estación y las variaciones que permite el cliente en el producto final. Debe incluir estaciones de entrada y salida de material así como dispositivos que acomoden las piezas y se aseguren que siempre lleguen al mismo lugar.

La revolución robótica

Rejas y otros dispositivos de seguridad protegen a los Naveen Kella operadores de un robot en movimiento – logrando así prevenir accidentes. l cáncer de próstata es una de las enfermedades más comunes entre los hombres, y afecta aproxiLA IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA ROBOTIZADO madamente a uno de cada seis individuos. AfortuPara implementar un sistema automático, la empresa nadamente, este tipo de cáncer es curable, siempre y cuanmanufacturera debe seguir los siguientes pasos: do se claramente ataque de manera oportuna. Uno de¿Qué los métodos 1.Definir el alcance del proyecto. debe de cura la remoción quirúrgica de debe la próstata. de hacer la consiste estación?en ¿Cuántas piezas diferentes faDesgraciadamente, ésta se encuentra rodeada bricar? ¿Hay un solo modelo que se va a producirde o nervios son vitales y músculos apoyan la función sexualde y el varios? ¿Cuáles son lasque dimensiones y variaciones lascontrol urinario. piezas? ¿Qué precisión se requiere en el ensamble final? hombres y sus parejas ¿Cuál esAsí el pues, ritmo los de producción? ¿Cómo vieneselaenfrentan materia a un ydilema: elde cáncer, pero el riesgo llevar prima cómo securar deben entregar lascon piezas que ya de están una posterior vida de lamentaciones, por la imposibiliprocesadas? ¿Existen restricciones de espacio, condiciode erecciones o por lade pérdida de etcétera. control sobre el nes dad de operación, restricciones manejo? flujo urinario. Se trata de una elección nada envidiable 2.Desarrollar un plan de implementación. Identificar qué Para agravar los problemas, la cirugía muchas veces se puede hacer que falle el plan. Doctor Naveen Kella hace mediante una incisión que parte del ombligo y va Renombrado urólogo3.Analizar cuánto se puede gastar. (Es igual a la suma hasta el huesoopúbico. El cirujano batalla para lograr del área de San Antonio,de las utilidades beneficio económico multiplicado poruna Texas, es uno de los diez buena vista de la próstata y de los importantes tejidos cirujanos más importantesel número de piezas que se fabricarán en un año por el que la rodean. del mundo, por su volumennúmero de años de recuperación que permite la empresa

E

anual de operaciones de próstata.(normalmente 1.5 a 2 años). OPERACIÓN DE SENSIBILIDAD [email protected] alternativas de diseño de la celda. No olvidar En lo personal, recuerdo haber intentado, cuando era estuyahoo.com

¿QUÉ PUEDE FALLAR? Las fallas más comunes que se pueden presentar en la implementación de un sistema robotizado incluyen: •No tener una especificación clara del problema a rediantey/o de medicina, obtener una mejor vista de la intervensolver no comunicar las necesidades correctamente ción, pero el cirujano me llamó la atención por inclinarme al proveedor. demasiado sobre el paciente: •No prestar atención a las tolerancias y variaciones de “Si te sigues así –me dijo-, vas a caer sobre la materia prima inclinando y del ensamble. del paciente. es una de sensibi•la Noincisión posicionar, alinear yÉsta sujetar las operación piezas adecuadalidad. Tienes que aprender a utilizar tus manos, a fin de mente. que sientas la diferencia entre la próstata y el tumor. No •No hacer una análisis de fallas. te molestes en tratar de verlo”. “¡Caramba!”, pensé yo. “Da miedo pensar que no puede uno ver lo que está cortando”. CONCLUSIÓN En la cirugía abierta tradicional, no era raro dar Los robots industriales son una herramienta quesangre per- a los pacientes en el curso de la operación. Y casi yno tenía mite que una empresa aumente su productividad efiimportancia si no podía uno ver claramente la próstata, ciencia. Han alcanzado un alto grado de madurez lo porque era tanta la sangre, que en ocasiones cual permite que sea fácil integrarlos en un grantenía rangouno que operar guiado sólo por el tacto. de operaciones. Sin embargo, dependen de que la materia prima sea uniforme y esté bien posicionada. CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA Alimentar, posicionar y alinear la materia prima Al principio de la década de 1990, la cirugía laparoscópica puede incrementar el costo del sistema hasta en un se estaba convirtiendo en el procedimiento usual 300 por ciento. Para contrarrestar esto se están desa-para muchos tipos de cirugía general. El uso de la cirugía laparrollando sistemas de visión y sensores inteligentes roscópica para extirpar la vesícula biliar era un ejemplo que pueden ayudar al robot a encontrar las piezas perfecto. Los abandonar el hospital el fácilmente sinpacientes importar podían la posición de la pieza. mismo día o, si acaso, después de haber pasado ahí una

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO noche. Con pequeñas punciones en lugar de una grande incisión, se reducían tanto el dolor como el tiempo de recuperación. Asimismo, se reducía el sangrado, dado que el aire bombeado en el vientre ayudaba a reducir la posibilidad de que los vasos sanguíneos rezumaran en el curso de la operación. Esta transformación tan radical condujo a otras especialidades quirúrgicas a buscar la forma de beneficiarse con esta nueva tecnología laparoscópica. En urología, los cirujanos pensaron que esto podría ser de gran utilidad en los casos de cáncer de próstata. En septiembre de 1991 se realizó en San Antonio, Texas, la primera próstatactomía laparoscópica del mundo. La operación duró casi diez horas, y los cirujanos que la realizaron declararon ineficaz el procedimiento en el Journal of Urology, uno de los periódicos más respetados en el campo de la urología americana. Afortunadamente, los urólogos europeos deben de haberse perdido de esta edición, ya que, con el tiempo, la cirugía laparoscópica registró grandes avances, y en los albores del siglo 21 este procedimiento volvió a los primeros planos en los Estados Unidos, gracias a urólogos de Francia y de Alemania, que mostraron su destreza con el mismo.

ROBÓTICA ROBÓTICA

33

del temblor, y al uso de sofisticadas cámaras que permiten una visión tridimensional. Finalmente, durante la intervención, el cirujano se sienta cómodamente, y no experimenta fatiga, como ocurría con la cirugía tradicional o laparoscópica De verdad, la revolución robótica ya estaba en marcha. ARRIBO A SAN ANTONIO Yo llegué a San Antonio en 2005, después de haber cursado, en Houston, una beca de un año sobre cirugía robótica y cirugía abierta de cáncer de próstata. En San Antonio realizamos la primera operación robótica de extracción de la próstata, así como la primera operación exitosa para extraer una vesícula biliar cancerosa en Texas. Con la mira puesta en lograr progresos constantes, hemos incorporado técnicas de cirujanos expertos de diferentes partes del mundo. Una base de datos computarizada analiza los resultados de cada nuevo caso, y puede localizar manchas antes de que se conviertan en problemas. La práctica ha mejorado, y como nuestros resultados van también a la alza, hemos desarrollado un bien estructurado sistema de documentos.

PRESERVACIÓN DE MÚSCULOS Y NERVIOS El principal objetivo de una operación de esta naturaleza es extraer por completo la próstata y, si es necesario, los nódulos linfáticos. El siguiente objetivo es preservar intactos los músculos y nervios que controlan las funciones sexual y urinaria. Los pacientes tienen el deseo de minimizar o eliminar por completo su incontinencia urinaria, así como preservar lo más que se pueda de su actividad sexual. Los nervios corren por uno y otro lado de la próstata, y están delicadamente entrelazados con los tejidos prostáticos. Una vez que la próstata es extraída, la vejiga y los músculos de la uretra tienen que ser reconectados. PROCEDIMIENTO DIFÍCIL Tanto la preservación de los nervios como la reconexión de la vejiga requieSin embargo, una pronunciada curva en el aprendizaje hizo ren mucha práctica, incluso con el robot. Muchos estudios indican que el nivel que la buena ejecución de este procedimiento resultara exde experiencia del cirujano, con o sin robot, es el factor más importante para la tremadamente difícil, y el número de cirujanos dispuestos exitosa recuperación del paciente. Se necesitan cientos de casos antes de que a realizar esta operación no se daban abasto para atender un cirujano pueda ofrecer de verdad a sus pacientes, una operación contra el todos los casos. Los cirujanos tuvieron que acostumbrarse cáncer que preserve los nervios y maximice la conservación, con consistena operar con largos “palillos chinos”, a fin de penetrar protamente operados utilizan técnicas desarrolladas para la cia, del tejido del músculo uretral. fundamente en el cuerpo. Esto tenían que hacerlo mientele-robótica y la tele-presencia, para navegación y control tras miraban una pantalla de televisión, que eliminaba el supervisadas por un operador, mientras que en los vehícuPODEROSA HERRAMIENTA beneficio de la percepción profunda. A final de cuentas, la los autónomos no hay operadores humanos, y necesitan Para mí, el robot es como una herramienta poderosa de un carpintero. Con esa operación era físicamente extenuante y prolongada, lo que incorporar en sus sistemas cierta “inteligencia”, así como herramienta se pueden lograr cosas maravillosas, siempre y cuando el carpindaba lugar a fatiga física durante la intervención. un sistema de control autónomo sin supervisión humana. tero tenga toda la experiencia posible. Hacia esta mitad del año 2008, he atenLos UVs (remotamente operados o autónomos) eliminan Marco Tulio Mata Jiménez dido aproximadamente mil casos, y he hecho de este programa el más intenso Por coincidencia, el inicio del siglo XXI se hizo acomla necesidad de la presencia humana, por lo que resultan del sur de Texas, y uno de los diez más grandes en todo el mundo. pañar por la cirugía robótica. Manufacturada por Intuiideales para trabajos en sitios peligrosos o inseguros. xisten varios tipos de vehículos no tripulados, los cuaHasta la fecha, me he encontrado con que el 95 por ciento de los pacientes se tive Surgical, en Sunnyvale, CA, la tecnología robótica les pueden operar con varios niveles de autonomía. van a su casa en los primeros dos días. Menos del uno por ciento de los pacientes fue adoptada de sus usos militares para usos civiles. Los vehículos no tripulados están siendo desarroEste artículo aborda una revisión de los tipos de necesitan sangre o una reoperación mientras están en el hospital. La mayor parte Aprobados por el gobierno para cirugía del corazón, los llados para aplicaciones submarinas, terrestres y aéreas. vehículos no tripulados más comunes, sean terrestres, de los pacientes vuelven a su trabajo de escritorio en un par de semanas. Por robots permitieron a los cirujanos realizar operaciones Este artículo trata una revisión de estas tres áreas de veaéreos o submarinos. Además, se presenta una propuesta lo que respecta a la actividad física, ésta se debe reasumir de manera gradual. del corazón sin necesidad de incisiones. Los urólogos se hículos. para sintetizar controladores para vehículos no tripulaY procuro decirles a los pacientes que esperen seis semanas antes de reanudar dieron cuenta muy pronto de que los robots también podos basados en modelos. actividades físicas intensas. Nuestro porcentaje de control de cáncer va a la par drían ser utilizados para cirugías de cáncer de próstata. VEHÍCULOS TERRESTRES NO TRIPULADOS con el de los mejores cirujanos del mundo. Aproximadamente el 90 por ciento Los vehículos terrestres no tripulados (UGVs, por sus siINTRODUCCIÓN de los pacientes quedan libres de cáncer después de la operación. La mayor APROBADOS LOS ROBOTS glas en inglés) son plataformas móviles (con ruedas o con Los vehículos no tripulados (UVs, por sus siglas en inglés) parte de los pacientes logran la continencia en las primeras seis semanas. Esto La aprobación del Gobierno de los Estados Unidos al uso patas), que son empleadas para extender las capacidades son un importante paso evolutivo para incrementar la significa que no llevan almohadillas para el goteo o alguna toalla como precaude robots ocurrió en 2001, y el resto ya es historia. Hoy en de los humanos, y operar en medios potencialmente hosseguridad en un amplio rango de aplicaciones, que van ción. Con la cirugía abierta, decíamos a los pacientes que no esperaran una erecdía, los robots realizan aproximadamente el 50 por ciento tiles. Existen dos clases generales de vehículos terrestres de la observación pasiva a la interacción con el medio Doctor ción en aproximadamente un año; sin embargo, ahora esperamos un “despertar” de las operaciones de extirpación de próstata en los EstaMarco Tulio no tripulados: los tele-operados, que son controlados por en el cual se desplazan. en unas cuantas semanas, y una recuperación suficiente para tener intercurso dos Unidos. Las ventajas de las cirugías laparoscópicas – Mata Jiménez operadores humanos, y los autónomos, cuyas decisiones sexual en un lapso de tres a seis meses para la mayor parte de losProfesor pacientes. pequeñas incisiones y menos sangrado- recibieron el beneen el de control son tomadas de manera automática, sin interPara lograr este objetivo, dichos vehículos deben opeDoctorado ficio adicional de los instrumentos robóticos, que son del de Ingeniería vención de un operador. rar con cierto grado de autonomía. Esta autonomía puede La extracción de la próstata sigue siendo la regla de oro para los casos de tamaño de un lápiz pequeño, y se mueven como la mano Eléctrica ir de los vehículos remotamente operados (ROVs, por sus cáncer prostático. ¡La única diferencia es que ahora podemos mejorar operahumana. Adicionalmente, los movimientos son más puntuFIME /laUANL Los vehículos tele-operados son controlados por el siglas en inglés) a los vehículos completamente autónommata@gama. ción y sus resultados con el uso de un robot! ales y precisos gracias a la eliminación, por computadora, operador vía un lazo de comunicación, el cual puede ser mos (AVs, por sus siglas en inglés). Los vehículos remofime.uanl.mx

Terrestres, submarinos y aéreos

Vehículos no tripulados

E

41

38

34

ROBÓTICA ROBÓTICA

Al estar conectados y por ser autónomos, los robots del sistema Mini-trans deben ponerse de acuerdo, por sus propios medios, hasta en los mínimos detalles. Dar un Tomado de la Revista Scientific American paso para el sistema requiere la participación de todos sus miembros. Si uno de ellos “se niega” a dar un paso, porque no recibió correctamente la petición de otros robots, o simplemente porque sus baterías no se lo permiten, todo el sistema quedará inmovilizado.

Control mental de robots

Por ello, fue necesario desarrollar estrategias eficientes y flexibles para la coordinación de las acciones de los robots. Un reporte detallado de las estrategias propuestas para el desplazamiento colectivo puede consultarse en [2,3]. 4. PERSPECTIVAS Los sistemas multi-robot viven aún en contados laboratorios de robótica de universidades e institutos de investigación. La mayoría de ellos son prototipos no comerciales, que esperan el desarrollo de técnicas y herramientas probadas que les permitan convivir con sus diseñadores humanos, y realizar tareas para ellos. La robótica colectiva forma parte de un enfoque más general al área de la robótica que busca diseñar “colonias artificiales”; es decir, grupos de máquinas, programas de computadora conocidos como agentes, y en general entidades autónomas artificiales, capaces de resolver problemas colectivamente. Los métodos y las técnicas para el control de estas entidades serán indispensables para la correcta operación de los llamados sistemas ubicuos, sistemas formados por múltiples componentes autónomos que están omnipresentes en nuestras vidas, y que en un futuro no lejano se encargarán de controlar desde las condiciones ambientales y de seguridad en nuestros hogares, hasta “monitorear” nuestra salud dentro y fuera de nuestros hogares.

La gente con lesiones nerviosas o de las extremidades tendrá algún día la capacidad de dar órdenes REFERENCIAS a las sillas de ruedas, a las prótesis, [1] M.G. Jiménez Velasco. Diseño e implementación eunincluso a brazos y piernas de sistema multi-robot con capacidades de auto-ensamblado. Tesis de Maestría en Ciencias paralizados, con sólo Computacionales, INAOE. México, 2006.pensar, por medio de ellos, en el movimiento [2] M.G. Jiménez Velasco, A. Muñoz Meléndez.

Y

Multi-robot Motion Coordination based on Swing existe esperanza de que las personas víctimas Propagation. ENC’06: Seventh aInternational de nerviosas o de lesiones de las extremiConference on Computer Science,lesiones pp. 44-51, Rajsbaum S. (ed). IEEE Computer Society. San algún Luis día recuperar –por lo menos dades puedan Potosi, SLP, México, 18-22/09/2006. parcialmente- el movimiento, con el simple expediente de dar A. órdenes a robots, a sillas de ruedas, a las [3] M.G. Jiménez Velasco, Muñozmentales Meléndez. e incluso a brazos Coordination strategiesprótesis for mobile modular robots. y piernas paralizados. Proceedings of the 4th IEEE Latin American Robotics Symposium LARS 2007 & IX Congreso Mexicano de El caminoN.L. para este fin Robótica COMRob2007. Monterrey, México, 5-es largo todavía, pero es mucho lo que se ha logrado, gracias a los estudios realizados, a 9/11/2007. partir del año dos mil, por un equipo de científicos encaTraducción y bezados por Miguel A. Nicolelis y John K. Chapin, de la síntesis de Félix Ramos Gamiño Universidad de Duke, Estados Unidos.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

De tales estudios dan dichos científicos cuenta detallada en un artículo aparecido en la edición especial de este año de la revista Scientific American, bajo el título “Controling Robots with the Mind”, que se podría traducir al español como “Control de robots por medio de la mente”. Elemento fundamental de sus estudios y experimentos fue Belle, pequeño mono búho, (mono nocturno se le llama en nuestro idioma). Los investigadores habían sentado a Belle en una silla especial, dentro de su cámara a prueba de ruidos, en su laboratorio de la Universidad Duke. “Mientras observaba una serie de luces horizontales, desplegadas en un tablero –escriben-, su mano derecha sostenía una palanca de mando. Belle sabía que si de repente brillaba una luz, y ella movía la palanca a la derecha o a la izquierda, para corresponder a la posición de dicha luz, una máquina despachadora le lanzaría a la boca un sorbo de jugo de fruta”. CONECTORES Y MICROCABLES En este experimento, Belle estaba provista de una gorra especial pegada a su cabeza. Bajo ella había cuatro conectores plásticos, que alimentaban a una serie de microcables –cada uno de ellos más delgado que el más delgado hilo para coser- en diferentes regiones de su corteza motora, el tejido cerebral que planifica los movimientos y envía las instrucciones para que los planes lleguen a las neuronas en la médula espinal. Cada uno de los microcables estaba al lado de una neurona motora. Cuando una neurona producía una descarga eléctrica –una ‘acción potencial’- el microcable adyacente atrapaba la corriente y la enviaba, a través de un pequeño haz de cables de la gorra de Belle, a una caja de dispositivos electrónicos, colocada sobre una mesa pegada a la cabina. La caja, a su vez, estaba conectada a dos computadoras, una en la habitación de al lado, y la otra en el otro extremo del país. ACTIVIDAD ELÉCTRICA QUE GENERA MOVIMIENTO “Los miembros de nuestro equipo de investigación, reunidos en una congestionada habitación al otro lado del pasillo, empezaban a ponerse nerviosos, -prosiguen los investigadores. Después de varios meses de duro trabajo, estábamos a punto de probar la idea de que podríamos traducir la simple actividad eléctrica del cerebro de un ser viviente –los pensamientos de Belle- en señales capaces de dirigir el accionar de un robot. Esa tarde primaveral del año 2000, y lejos de la vista de Belle, habíamos colocado en esa habitación el brazo multiarticulado del robot que ella controlaría por primera vez. “Tan pronto como el cerebro de Belle sintió el brillo de una luz en el tablero, los aparatos electrónicos de la caja, que gobernaban dos modelos matemáticos de tiempo real, analizarían rápidamente los potenciales de la sencilla acción producida por sus células cerebrales. Nuestra computadora de laboratorio convertiría el modelo electrónico

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO en instrucciones para dirigir el brazo del robot. A una distancia superior a 900 kilómetros, en Cambridge, Massachussets, otra computadora produciría las mismas acciones en otro brazo de robot, construido por Mandayam A. Srinivasan, jefe del Laboratorio para la Tecnología del Tacto, Humana y Mecánica (Laboratorio del Tacto), en el Instituto de Tecnología de Massachussets. Por lo menos, ése era el plan”. ACCIÓN SIMULTÁNEA Si los cálculos de los científicos eran correctos, los brazos de los dos robots tendrían que comportarse de la misma forma en que el brazo de Belle, y exactamente al mismo tiempo. Tendrían que traducir su actividad neuronal en órdenes para los robots en 300 milisegundos –el lapso natural en que la corteza motora de Belle planeaba el movimiento de su brazo y enviaba las instrucciones a sus músculos. Estimaban que si el cerebro de una criatura viviente –Belle en este caso- podía controlar de manera adecuada los brazos de dos robots diferentes, tal vez algún día llegaría a controlar un aparato mecánico o extremidades verdaderas, en forma tal que resultara útil para personas discapacitadas. Finalmente, el momento esperado llegó. Los investigadores encendieron luces enfrente de Belle, y ésta empezó inmediatamente, para responder a estos estímulos, a mover su palanca de mando a un lado y otro. El brazo del robot inmediato se movía de manera similar al del brazo Sergio William Sedas verdadero de Belle. y lo Gersey mismo hacía –se supo así- el de Srinivasan. “Belle y los robots se movían de manera sincronizada, como danzantes que seguían una coreografía n diciembre de 1992 se firmó el Tratado de Libre Cogracias a los impulsos eléctricos que brotaban del cerebro mercio entre México, Estados Unidos y Canadá, en el de la primera. que se acordó eliminar aranceles y permitir la libre En medio de la jubilosa celebración simultánea en Durimportación y exportación de bienes entre los tres países. ham Durham, N. C., y Cambridge, los investigadores empeEsto abrió las puertas a la globalización y a nuevos retos, zaron a acariciar la idea de que esto era sólo el principio de lo que pone a México en la situación de: o COMPETIR o una jornada promisoria para beneficio del ser humano. MORIR. Han transcurrido ocho años desde ese día, y tanto en los laboratorios de Duke, como en otros a lo largo y ancho Las tecnologías de robótica y automatización indusde la Unión Americana, diferentes grupos de científicos trial han permitido que diversas empresas mexicanas se han logrado importantes avances en la neurociencia, la mantengan competitivas, mediante la fabricación de prociencia computacional, la microelectrónica y la robótica, en ductos de forma eficiente y con alta calidad. su propósito de crear formas de que las ratas, los monos, y, -algún día que esperan no muy lejano- los seres humanos sean capaces de controlar máquinas mecánicas y electrónicas, con el solo pensamiento o la imaginación del movimiento. “Nuestro objetivo inmediato –han consignado- es poder ayudar a una persona que ha quedado paralizada a causa de un desorden neurológico o de una lesión en la espina dorsal, pero cuya corteza motora ha resultado ilesa, a operar una silla de ruedas o un brazo robotizado. Algún día, la investigación podrá también ayudar a dicho paciente, con la ayuda de una comunicación inalámbrica entre los implantes en el cerebro y la extremidad dañada, a recuperar el control sobre un brazo o una pierna natural. Y esto podría conducir a aparatos que restauren o aumenten otras funciones motoras, sensoriales o cognitivas”.

Robótica Industrial

Compite o muere

E

ROBÓTICA ROBÓTICA

35

ROBÓTICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: LA NUEVA FRONTERA El mercado de hoy en día es un mercado dinámico, de consumidores exigentes que buscan el mejor producto al menor precio, y de la mayor calidad. Día con día, nuevos productos entran al mercado, desatando una carrera en la que para permanecer en ella, las empresas tienen que adaptarse rápidamente al cambio, o quedarse en el camino. La Robótica ha brindado una muy buena solución a este problema – ofreciendo máquinas flexibles que se pueden adaptar rápidamente a cambios en el producto y en la forma de producir. Un robot es una máquina capaz de portar una herramienta y desplazarla a través de una trayectoria definida. Es preciso y obedece fielmente a su programación. Se utiliza para llevar a cabo diversas operaciones que van desde un simple manejo de material cuya intención es desplazar una pieza de un lugar a otro, hasta un proceso de corte o DIFÍCIL RETO soldadura. Aunque los investigadores abrigan esta esperanza, están conscientes de que el reto sigue siendo muy difícil, pues ignoran si serán capaces de producir Su forma y construcción cambian según la trayectoria un sistema práctico y confiable. La medicina no dispone –hasta la fecha- de que se requiere. Por ejemplo – un robot lineal o cartesiano medios por los cuales pueda reparar fracturas de la columna vertebral o únicamente es capaz de desplazarse en forma horizontal lesiones cerebrales. Empero, así lo estiman los investigadores, “es probable y vertical. En contraste, un robot articulado, que asemeque, en un futuro lejano, los neurocientíficos puedan lograr la regeneración ja los movimientos de un brazo humano, es capaz de de neuronas dañadas, o programar células madre para que tomen su lugar. desplazarse a cualquier posición y orientación limitado únicamente por el alcance dado por sus dimensiones NEUROPRÓTESIS físicas. “Sin embargo, en el futuro cercano, la opción más viable para la restauración de la función motora la constituyen las interconexiones cerebro-máLa herramienta que se coloca en el extremo de un robot quinas o las neuroprótesis. Éxitos logrados en el año 2002, con macacos que define la operación que llevará a cabo. Por ejemplo, una realizaron actividades diferentes a las que Nicolelis y Chapín lograron con pistola de soldadura electrica le permite unir componenBelle, “nos han llevado todavía más cerca de alcanzar esta meta”. tes metálicos. Tal es el caso del ensamble de la carrocería de un automóvil. Acondicionado con “dedos” o “gripper”, Es necesario aclarar, y así lo reconocen los investigadores, que los avances el robot es capaz de tomar piezas y desplazarlas de un logrados en fechas recientes en las interconexiones cerebro-máquinas, tienen lugar a otro. Esto es utilizado comúnmete para alimentar antecedentes, por lo menos parciales, en descubrimientos hechos hace unos diferentes máquinas en el proceso. 20 años, cuando Apostolos P. Georgopoulos, de la Universidad Johns HopPor último, si el robot se acondiciona con herramienkins, registró la actividad eléctrica de neuronas del nervio cortical en matas de corte como lo son corte con laser, corte con agua cacos. “Se dio cuenta de que las células nerviosas reaccionaban de manera y corte con plasma se puede utilizar para cortar formas más intensa cuando un mono movía su mano en una dirección determinada. complejas en metal, plásticos, cerámicas y otros materiaSin embargo, cuando el brazo se movía en un ángulo diferente al preferido les. por la célula, no cesaba la actividad neuronal; disminuía de manera proporSe estima que hay aproximadacional al coseno de dicho ángulo. El descubrimiento mostró que las neuronas mente un millón de robots instalados motoras están en amplia sintonía con determinado rango de movimiento, y en el mundo. Esto contrasta con el creque lo más probable era que el cerebro dependiera de la actividad colectiva ciente número de robots de servicio y de poblaciones dispersas de neuronas individuales para generar una orden entretenimiento que en la actualidad remotora”. basa los tres millones de unidades. Los experimentos en estos campos han continuado, y a los esfuerzos de Nicolelis y Chapin se han sumado los de otros científicos en la Unión LA COMPOSICIÓN DE UNA CELDA Americana y en Europa. Los resultados son alentadores, y tal vez algún día A pesar de ser una máquina prepuedan tener aplicación práctica para ser de beneficio para personas –como cisa que puede seguir fielmente una ahora se les llama- con capacidades diferentes. trayectoria, el robot es ciego, sordo, Pese a ello, son cautos, “para no ofrecer falsas esperanzas a la gente que mudo y de inteligencia limitada. Su Doctor padece discapacidades graves. Todavía debemos superar muchos obstáculos Sergio William precisión alcanza los 0.1 milímetros, antes de que las IBM se puedan considerar opciones terapéuticas Sedas seguras, Gersey sin embargo, únicamente es capaz de confiables y eficientes. Debemos demostrar en acciones clínicas, que una IBM Profesor / ITESM seguir las instrucciones y trayectopuede ofrecer mucho bienestar sin riesgo de daño neurológicosergiosedas adicional. rias que se le han programado. Esto @itesm.mx

39

36

36

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO cisiones por sus propios medios. Esto quiere decir que cisiones por sus propios medios. Esto quiere decir que la adquisición de datos del problema, la interpretación la adquisición de datos del problema, la interpretación de esos datos, y la decisión de la acción que se ejecute de esos datos, y la decisión de la acción que se ejecute en consecuencia, son realizadas por el propio robot. Por en consecuencia, son realizadas por el propio robot. Por supuesto, un robot autónomo se conduce en función del supuesto, un robot autónomo se conduce en función del equipamiento y de los programas que sus diseñadores equipamiento y de los programas que sus diseñadores definieron para él. Sin embargo, una vez en operación, un definieron para él. Sin embargo, una vez en operación, un robot autónomo no tiene otras guías que esos programas robot autónomo no tiene otras guías que esos programas y equipamiento: no hay operador humano quecorrija o y equipamiento: no hay operador humano quecorrija o “susurre” al robot lo que deba hacer. “susurre” al robot lo que deba hacer. Debe aclararse aquí que no toda descentralización de Debe aclararse aquí que no toda descentralización de un sistema en robótica es objeto de estudio de la robótica un sistema en robótica es objeto de estudio de la robótica colectiva. El diseño de un programa de control para un colectiva. El diseño de un programa de control para un robot hexápodo, por ejemplo, en donde el control de cada robot hexápodo, por ejemplo, en donde el control de cada una de sus extremidades está a cargo de un subsistema una de sus extremidades está a cargo de un subsistema independiente, no es un problema que concierna a la independiente, no es un problema que concierna a la robótica colectiva. Y no lo es porque un hexápodo es, en robótica colectiva. Y no lo es porque un hexápodo es, en términos prácticos, una entidad indivisible. términos prácticos, una entidad indivisible.

Robótica Robóticacolectiva colectiva Angélica Muñoz Meléndez Angélica Muñoz Meléndez

ROBOTS PROGRAMADOS ROBOTS PROGRAMADOS A la robótica colectiva le interesan más bien las “supraentiA la robótica colectiva le interesan más bien las “supraentidades” que puedan dividirse en entidades autónomas más dades” que puedan dividirse en entidades autónomas más pequeñas; es decir, grupos de robots programados para pequeñas; es decir, grupos de robots programados para sumar sus fuerzas y sus capacidades, y para contribuir a sumar sus fuerzas y sus capacidades, y para contribuir a que el sistema así formado actúe como si se tratara de un que el sistema así formado actúe como si se tratara de un “suprarrobot”. Las partes de este “suprarrobot” pueden “suprarrobot”. Las partes de este “suprarrobot” pueden dispersarse, buscarse o asociarse a voluntad, según lo redispersarse, buscarse o asociarse a voluntad, según lo requiera la solución al problema de interés. quiera la solución al problema de interés.

En las siguientes secciones revisaremos brevemente 1. INTRODUCCIÓN En las siguientes secciones revisaremos brevemente 1. INTRODUCCIÓN a robótica colectiva es una disciplina emergente que algunos de los problemas que se enfrentan en el diseño a robótica colectiva es una disciplina emergente que algunos de los problemas que se enfrentan en el diseño se ocupa de diseñar e implantar sistemas multi- de sistemas multi-robot, así como un prototipo físico de se ocupa de diseñar e implantar sistemas multi- de sistemas multi-robot, así como un prototipo físico de robot; es decir, grupos de robots autónomos que sistema multi-robot desarrollado en el Laboratorio de robot; es decir, grupos de robots autónomos que sistema multi-robot desarrollado en el Laboratorio de tienen un objetivo común, como vigilar un edificio o Robótica de la Coordinación de Ciencias Computacionales tienen un objetivo común, como vigilar un edificio o Robótica de la Coordinación de Ciencias Computacionales explorar un área devastada. Los problemas mencionados del INAOE, el único grupo, hasta donde sabemos, que traexplorar un área devastada. Los problemas mencionados del INAOE, el único grupo, hasta donde sabemos, que trapueden, bajo ciertas condiciones, resolverse utilizando baja en México en robótica colectiva. pueden, bajo ciertas condiciones, resolverse utilizando baja en México en robótica colectiva. robots individuales; sin embargo, bajo otras condiciones, robots individuales; sin embargo, bajo otras condiciones, esos problemas pueden ser resueltos únicamente por 2. TIPOS DE PROBLEMAS esos problemas pueden ser resueltos únicamente por 2. TIPOS DE PROBLEMAS sistemas multi-robot; o bien, al ser resueltos por estos úl- DE LA ROBÓTICA COLECTIVA sistemas multi-robot; o bien, al ser resueltos por estos úl- DE LA ROBÓTICA COLECTIVA timos, puede obtenerse alguna ganancia en la solución, en Es interesante, en este punto, preguntarnos qué problemas timos, puede obtenerse alguna ganancia en la solución, en Es interesante, en este punto, preguntarnos qué problemas del ámbito de la robótica pueden reformularse como protérminos de tiempo o de algún otro recurso. del ámbito de la robótica pueden reformularse como protérminos de tiempo o de algún otro recurso. blemas de la robótica colectiva. A continuación, resumiblemas de la robótica colectiva. A continuación, resumiPor ejemplo, si deseamos automatizar la vigilancia mos las propiedades que nosotros hemos identificado Por ejemplo, si deseamos automatizar la vigilancia mos las propiedades que nosotros hemos identificado de nuestras instalaciones, nos bastará un robot que veri- caracterizan los problemas susceptibles de resolverse con de nuestras instalaciones, nos bastará un robot que veri- caracterizan los problemas susceptibles de resolverse con fique los puntos sensibles si las instalaciones tienen una un sistema multi-robot: fique los puntos sensibles si las instalaciones tienen una un sistema multi-robot: sola planta. No obstante, si éstas se distribuyen en varios sola planta. No obstante, si éstas se distribuyen en varios 1. Naturaleza descentralizada; es decir, problemas niveles, probablemente lo más adecuado sea desplegar 1. Naturaleza descentralizada; es decir, problemas niveles, probablemente lo más adecuado sea desplegar un sistema multi-robot, cuyos miembros se distribuyan que puedan ser descompuestos en tareas o funciones esun sistema multi-robot, cuyos miembros se distribuyan que puedan ser descompuestos en tareas o funciones esen los diferentes niveles de las instalaciones. Aun cuando pecializadas. A veces esta descentralización es natural; en los diferentes niveles de las instalaciones. Aun cuando pecializadas. A veces esta descentralización es natural; contáramos con robots escaladores o voladores, para los por ejemplo, si buscamos diseñar un sistema multi-robot Doctora Angélica contáramos con robots escaladores o voladores, para los por ejemplo, si buscamos diseñar un sistema multi-robot Doctora Angélicacuales el desplazamiento en distintos niveles no sea un para limpieza de interiores, esas funciones pueden ser asMuñoz Meléndez cuales el desplazamiento en distintos niveles no sea un para limpieza de interiores, esas funciones pueden ser asMuñoz Meléndezproblema, Coordinación un sistema multi-robot de vehículos que se des- pirar, lavar o pulir pisos, de modo que cada tarea especiadeCoordinación Ciencias problema, un sistema multi-robot de vehículos que se des- pirar, lavar o pulir pisos, de modo que cada tarea especiade Cienciasplacen sobre ruedas seguirá siendo una opción atractiva, lizada pueda encomendarse a un robot autónomo. Cada Computacionales placen sobre ruedas seguirá siendo una opción atractiva, lizada pueda encomendarse a un robot autónomo. Cada Computacionales Instituto Nacional al asegurar la vigilanca simultánea de distintos puntos de robot debe coordinarse temporalmente con el resto de Instituto Nacional de Astrofísica, al asegurar la vigilanca simultánea de distintos puntos de robot debe coordinarse temporalmente con el resto de robots del sistema para intervenir, en algún momento, en de Astrofísica,las instalaciones. Óptica y Electrónica robots del sistema para intervenir, en algún momento, en las instalaciones. Óptica y Electrónica Tonantzintla, la solución del problema global de limpieza. Otras veces, Tonantzintla, la solución del problema global de limpieza. Otras veces, Puebla Los sistemas multi-robot están conformados por la descentralización es impuesta; por ejemplo, si conforPuebla munoz@ccc. Los sistemas multi-robot están conformados por la descentralización es impuesta; por ejemplo, si [email protected] autónomos; es decir, robots que toman sus de- mamos un sistema multi-robot con robots limpiadores inaoep.mx robots autónomos; es decir, robots que toman sus de- mamos un sistema multi-robot con robots limpiadores inaoep.mx

LL

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

37

37

que tengan las mismas capacidades, cada robot debe coorque tengan las mismas capacidades, cada robot debe coordinarse espacialmente con el resto de robots del sistema, dinarse espacialmente con el resto de robots del sistema, de modo que el problema sea solucionado por los robots de modo que el problema sea solucionado por los robots simultáneamente; es decir, cada robot ejecuta las funciosimultáneamente; es decir, cada robot ejecuta las funciones requeridas en un región específica del espacio que se nes requeridas en un región específica del espacio que se va a limpiar. va a limpiar. 2. Necesidad de dispersión física; es decir, problemas 2. Necesidad de dispersión física; es decir, problemas que requieran robots cuyas partes tengan capacidades que requieran robots cuyas partes tengan capacidades propias de movilidad y de decisión. Por ejemplo, para el propias de movilidad y de decisión. Por ejemplo, para el caso ya mencionado de robots vigilantes y en general para caso ya mencionado de robots vigilantes y en general para grupos de robots exploradores, la capacidad de dispersión grupos de robots exploradores, la capacidad de dispersión de sus partes proveerá al sistema de un gran margen de de sus partes proveerá al sistema de un gran margen de maniobra, pues algunos miembros del sistema podrán maniobra, pues algunos miembros del sistema podrán dedicarse a explorar rincones recónditos del espacio, sin dedicarse a explorar rincones recónditos del espacio, sin poner en riesgo a otros miembros del sistema. poner en riesgo a otros miembros del sistema. 3. EL SISTEMA MINI-TRANS 3. EL SISTEMA MINI-TRANS En esta sección presentamos un prototipo de sistema En esta sección presentamos un prototipo de sistema multi-robot que fue desarrollado en nuestro laboratorio multi-robot que fue desarrollado en nuestro laboratorio entre 2004 y 2006. Se trata de un sistema de robots exentre 2004 y 2006. Se trata de un sistema de robots experimentales, construido con el objetivo de investigar asperimentales, construido con el objetivo de investigar aspectos del diseño de los sistemas multi-robot, así como pectos del diseño de los sistemas multi-robot, así como principios de la coordinación de robots autónomos que principios de la coordinación de robots autónomos que formen parte de un sistema multi-robot. formen parte de un sistema multi-robot. El sistema Mini-trans está formado por tres robots El sistema Mini-trans está formado por tres robots móviles con capacidades de auto-ensamblado. Los romóviles con capacidades de auto-ensamblado. Los robots tienen en sus cuerpos cortes y pinzas que les bots tienen en sus cuerpos cortes y pinzas que les permiten conectarse y desconectarse a voluntad. Cada permiten conectarse y desconectarse a voluntad. Cada robot se desplaza sobre un arreglo de tres llantas omnirobot se desplaza sobre un arreglo de tres llantas omnidireccionales, y es controlado por una tarjeta comercial direccionales, y es controlado por una tarjeta comercial Handyboard© (ver figuras 1, 2 y 3). Handyboard© (ver figuras 1, 2 y 3).

Figura 3. Dos Figura robots del 3. Dos robots del sistema Mini-trans sistema Mini-trans ensamblados [1]. ensamblados [1].

Los robots están equipados con dispositivos muy Los robots están equipados con dispositivos muy simples. Para la detección de obstáculos disponen de simples. Para la detección de obstáculos disponen de un cinturón de sensores de contacto, mientras que un cinturón de sensores de contacto, mientras que para la comunicación con otros robots disponen de un para la comunicación con otros robots disponen de un par emisor/receptor de luz infrarroja, así como de un par emisor/receptor de luz infrarroja, así como de un arreglo de LEDs (Light-Emitting Diodes) o componentes arreglo de LEDs (Light-Emitting Diodes) o componentes que emiten luz, y de fototransistores o componentes que emiten luz, y de fototransistores o componentes sensibles a la luz. La elección de este equipamiento, sensibles a la luz. La elección de este equipamiento, hasta cierto punto rudimentario, obedeció a las restrichasta cierto punto rudimentario, obedeció a las restricciones de memoria, y de número y tipo de puertos de ciones de memoria, y de número y tipo de puertos de entrada y salida de la tarjeta de control disponible. entrada y salida de la tarjeta de control disponible. Estos robots fueron desarrollados en nuestro laboEstos robots fueron desarrollados en nuestro laboratorio por la MC María Guadalupe Jiménez Velasco, ratorio por la MC María Guadalupe Jiménez Velasco, como parte de su tesis de maestría [1] y bajo la supercomo parte de su tesis de maestría [1] y bajo la supervisión de la autora de esta contribución. A pesar de las visión de la autora de esta contribución. A pesar de las limitaciones de su equipamiento, los robots del sistelimitaciones de su equipamiento, los robots del sistema Mini-trans son capaces de ejecutar tareas colectima Mini-trans son capaces de ejecutar tareas colectivas de gran complejidad, por requerir mecanismos vas de gran complejidad, por requerir mecanismos de coordinación precisos, como por ejemplo conecde coordinación precisos, como por ejemplo conectarse y desconectarse; y, una vez conectados, transtarse y desconectarse; y, una vez conectados, transportar objetos voluminosos empujándolos, y desplaportar objetos voluminosos empujándolos, y desplazarse como un “suprarrobot” (ver figura 4). zarse como un “suprarrobot” (ver figura 4).

Figura 1. Robot del sistema Mini-trans [1]. Figura 1. Robot del sistema Mini-trans [1].

Figura 2. Base Figura Base de un robot2.del de un robot del sistema Minisistema Minitrans [1]. trans [1].

Figura 4. Del extremo superior izquierdo, al extremo inferior derecho, el sistema Figura 4. extremo superior izquierdo, al extremo inferior derecho, el sistema Mini-trans seDel desplaza ensamblado [1]. Mini-trans se desplaza ensamblado [1].

34

38

ROBÓTICA ROBÓTICA

Control mental de robots

Al estar conectados y por ser autónomos, los robots del sistema Mini-trans deben ponerse de acuerdo, por sus Tomado de la Revista Scientific American propios medios, hasta en los mínimos detalles. Dar un paso para el sistema requiere la participación de todos sus miembros. Si uno de ellos “se niega” a dar un paso, porque no recibió correctamente la petición de otros robots, o simplemente porque sus baterías no se lo permiten, todo el sistema quedará inmovilizado. Por ello, fue necesario desarrollar estrategias eficientes y flexibles para la coordinación de las acciones de los robots. Un reporte detallado de las estrategias propuestas para el desplazamiento colectivo puede consultarse en [2,3]. 4. PERSPECTIVAS Los sistemas multi-robot viven aún en contados laboratorios de robótica de universidades e institutos de investigación. La mayoría de ellos son prototipos no comerciales, que esperan el desarrollo de técnicas y herramientas probadas que les permitan convivir con sus diseñadores humanos, y realizar tareas para ellos. La robótica colectiva forma parte de un enfoque más general al área de la robótica que busca diseñar “colonias artificiales”; es decir, grupos de máquinas, programas de computadora conocidos como agentes, y en general entidades autónomas artificiales, capaces de resolver problemas colectivamente. Los métodos y las técnicas para el control de estas entidades serán indispensables para la correcta operación de los llamados sistemas ubicuos, sistemas formados por múltiples componentes autónomos que están omnipresentes en nuestras vidas, y que en un futuro no lejano se encargarán de controlar desde las condiciones ambientales y de seguridad en nuestros hogares, hasta “monitorear” nuestra salud dentro y fuera de nuestros hogares.

La gente con lesiones nerviosas o de las extremidades tendrá algún día la capacidad de dar órdenes a lasREFERENCIAS sillas de ruedas, a las prótesis, e incluso a brazos y piernas [1] M.G. Jiménez Velasco. Diseño e implementación de un sistema multi-robot con capacidades de por medio paralizados, con sólo pensar, auto-ensamblado. Tesis de Maestría en Ciencias de ellos, en el INAOE. movimiento Computacionales, México, 2006.

Y

a existe esperanza de que las personas víctimas [2] M.G. Jiménez Velasco, A. Muñoz Meléndez. Multi-robot Motion Coordination based on Swing de lesiones nerviosas o de lesiones de las extremiPropagation. ENC’06: Seventh International dades puedan algún día recuperar –por lo menos Conference on Computer Science, pp. 44-51, parcialmenteel movimiento, con el simple expediente de Rajsbaum S. (ed). IEEE Computer Society. San Luis Potosi, SLP, México, 18-22/09/2006. dar órdenes mentales a robots, a sillas de ruedas, a las prótesis e incluso a brazos y piernas paralizados. [3] M.G. Jiménez Velasco, A. Muñoz Meléndez. Coordination strategies for mobile modular robots. thcamino paraAmerican este fin es largo todavía, pero es mucho Proceedings of the 4El IEEE Latin Robotics Symposium LARS & IX Mexicano de estudios realizados, a lo 2007 que se haCongreso logrado, gracias a los Robótica COMRob2007. Monterrey, N.L. México, 5partir del año dos mil, por un equipo de científicos encaTraducción 9/11/2007.y bezados por Miguel A. Nicolelis y John K. Chapin, de la síntesis de Félix Ramos Gamiño Universidad de Duke, Estados Unidos.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO De tales estudios dan dichos científicos cuenta detallada en un artículo aparecido en la edición especial de este año de la revista Scientific American, bajo el título “Controling Robots with the Mind”, que se podría traducir al español como “Control de robots por medio de la mente”. Elemento fundamental de sus estudios y experimentos fue Belle, pequeño mono búho, (mono nocturno se le llama en nuestro idioma). Los investigadores habían sentado a Belle en una silla especial, dentro de su cámara a prueba de ruidos, en su laboratorio de la Universidad Duke. “Mientras observaba una serie de luces horizontales, desplegadas en un tablero –escriben-, su mano derecha sostenía una palanca de mando. Belle sabía que si de repente brillaba una luz, y ella movía la palanca a la derecha o a la izquierda, para corresponder a la posición de dicha luz, una máquina despachadora le lanzaría a la boca un sorbo de jugo de fruta”. CONECTORES Y MICROCABLES En este experimento, Belle estaba provista de una gorra especial pegada a su cabeza. Bajo ella había cuatro conectores plásticos, que alimentaban a una serie de microcables –cada uno de ellos más delgado que el más delgado hilo para coser- en diferentes regiones de su corteza motora, el tejido cerebral que planifica los movimientos y envía las instrucciones para que los planes lleguen a las neuronas en la médula espinal. Cada uno de los microcables estaba al lado de una neurona motora. Cuando una neurona producía una descarga eléctrica –una ‘acción potencial’- el microcable adyacente atrapaba la corriente y la enviaba, a través de un pequeño haz de cables de la gorra de Belle, a una caja de dispositivos electrónicos, colocada sobre una mesa pegada a la cabina. La caja, a su vez, estaba conectada a dos computadoras, una en la habitación de al lado, y la otra en el otro extremo del país. ACTIVIDAD ELÉCTRICA QUE GENERA MOVIMIENTO “Los miembros de nuestro equipo de investigación, reunidos en una congestionada habitación al otro lado del pasillo, empezaban a ponerse nerviosos, -prosiguen los investigadores. Después de varios meses de duro trabajo, estábamos a punto de probar la idea de que podríamos traducir la simple actividad eléctrica del cerebro de un ser viviente –los pensamientos de Belle- en señales capaces de dirigir el accionar de un robot. Esa tarde primaveral del año 2000, y lejos de la vista de Belle, habíamos colocado en esa habitación el brazo multiarticulado del robot que ella controlaría por primera vez. “Tan pronto como el cerebro de Belle sintió el brillo de una luz en el tablero, los aparatos electrónicos de la caja, que gobernaban dos modelos matemáticos de tiempo real, analizarían rápidamente los potenciales de la sencilla acción producida por sus células cerebrales. Nuestra computadora de laboratorio convertiría el modelo electrónico

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

39

35

ROBÓTICA Y AUTOMATIZACIÓN en instrucciones para dirigir el brazo del robot. A una INDUSTRIAL: LA NUEVA FRONTERA distancia superior a 900 kilómetros, en Cambridge, MasEl mercado de hoy en día es un mercado dinámico, de sachussets, otra computadora produciría las mismas acconsumidores exigentes que buscan el mejor producto ciones en otro brazo de robot, construido por Mandayam al menor precio, y de la mayor calidad. Día con día, nueA. Srinivasan, jefe del Laboratorio para la Tecnología del vos productos entran al mercado, desatando una carrera Tacto, Humana y Mecánica (Laboratorio del Tacto), en el en la que para permanecer en ella, las empresas tienen Instituto de Tecnología de Massachussets. Por lo menos, que adaptarse rápidamente al cambio, o quedarse en el ése era el plan”. camino. La Robótica ha brindado una muy buena solución a ACCIÓN SIMULTÁNEA este problema – ofreciendo máquinas flexibles que se pueSi los cálculos de los científicos eran correctos, los braden adaptar rápidamente a cambios en el producto y en la zos de los dos robots tendrían que comportarse de la forma de producir. misma forma en que el brazo de Belle, y exactamente al Un robot es una máquina capaz de portar una herramismo tiempo. Tendrían que traducir su actividad neumienta y desplazarla a través de una trayectoria definida. ronal en órdenes para los robots en 300 milisegundos –el Es preciso y obedece fielmente a su programación. Se utilapso natural en que la corteza motora de Belle planeaba liza para llevar a cabo diversas operaciones que van desde el movimiento de su brazo y enviaba las instrucciones a un simple manejo de material cuya intención es desplazar sus músculos. una pieza de un lugar a otro, hasta un proceso de corte o Estimaban que si el cerebro de una criatura viviente soldadura. DIFÍCIL RETO –Belle en este caso- podía controlar de manera adecuada Aunque los investigadores abrigan esta esperanza, están conscientes de que los brazos de dos robots diferentes, tal vez algún día lleSu forma y construcción cambian según la trayectoria el reto sigue siendo muy difícil, pues ignoran si serán capaces de producir garía a controlar un aparato mecánico o extremidades que se requiere. Por ejemplo – un robot lineal o cartesiano un sistema práctico y confiable. La medicina no dispone –hasta la fecha- de verdaderas, en forma tal que resultara útil para personas únicamente es capaz de desplazarse en forma horizontal medios por los cuales pueda reparar fracturas de la columna vertebral o discapacitadas. y vertical. En contraste, un robot articulado, que asemelesiones cerebrales. Empero, así lo estiman los investigadores, “es probable Finalmente, el momento esperado llegó. Los investija los movimientos de un brazo humano, es capaz de que, en un futuro lejano, los neurocientíficos puedan lograr la regeneración gadores encendieron luces enfrente de Belle, y ésta emdesplazarse a cualquier posición y orientación limitado de neuronas dañadas, o programar células madre para que tomen su lugar. pezó inmediatamente, para responder a estos estímulos, a únicamente por el alcance dado por sus dimensiones mover su palanca de mando a un lado y otro. El brazo del físicas. Sergio William Sedas Gersey NEUROPRÓTESIS robot inmediato se movía de manera similar al del brazo “Sin embargo, en el futuro cercano, la opción más viable para la restauraverdadero de Belle. y lo mismo hacía –se supo así- el de La herramienta que se coloca en el extremo de un robot ción de la función motora la constituyen las interconexiones cerebro-máSrinivasan. “Belle y los robots se movían de manera sindefine la operación que llevará a cabo. Por ejemplo, una n diciembre de 1992 se firmó el Tratado de Libre Coquinas o las neuroprótesis. Éxitos logrados en el año 2002, con macacos que cronizada, como danzantes que seguían una coreografía pistola de soldadura electrica le permite unir componenmercio entre México, Estados Unidos y Canadá, en el realizaron actividades diferentes a las que Nicolelis y Chapín lograron con gracias a los impulsos eléctricos que brotaban del cerebro tes metálicos. Tal es el caso del ensamble de la carrocería que se acordó eliminar aranceles y permitir la libre Belle, “nos han llevado todavía más cerca de alcanzar esta meta”. de la primera. de un automóvil. Acondicionado con “dedos” o “gripper”, importación y exportación de bienes entre los tres países. En medio de la jubilosa celebración simultánea en Durel robot es capaz de tomar piezas y desplazarlas de un Esto abrió las puertas a la globalización y a nuevos retos, Es necesario aclarar, y así lo reconocen los investigadores, que los avances ham Durham, N. C., y Cambridge, los investigadores empelugar a otro. Esto es utilizado comúnmete para alimentar lo que pone a México en la situación de: o COMPETIR o logrados en fechas recientes en las interconexiones cerebro-máquinas, tienen zaron a acariciar la idea de que esto era sólo el principio de diferentes máquinas en el proceso. MORIR. antecedentes, por lo menos parciales, en descubrimientos hechos hace unos una jornada promisoria para beneficio del ser humano. Por último, si el robot se acondiciona con herramien20 años, cuando Apostolos P. Georgopoulos, de la Universidad Johns HopHan transcurrido ocho años desde ese día, y tanto en tas de corte como lo son corte con laser, corte con agua Las tecnologías de robótica y automatización induskins, registró la actividad eléctrica de neuronas del nervio cortical en malos laboratorios de Duke, como en otros a lo largo y ancho y corte con plasma se puede utilizar para cortar formas trial han permitido que diversas empresas mexicanas se cacos. “Se dio cuenta de que las células nerviosas reaccionaban de manera de la Unión Americana, diferentes grupos de científicos complejas en metal, plásticos, cerámicas y otros materiamantengan competitivas, mediante la fabricación de promás intensa cuando un mono movía su mano en una dirección determinada. han logrado importantes avances en la neurociencia, la les. ductos de forma eficiente y con alta calidad. Sin embargo, cuando el brazo se movía en un ángulo diferente al preferido ciencia computacional, la microelectrónica y la robótica, en Se estima que hay aproximadapor la célula, no cesaba la actividad neuronal; disminuía de manera proporsu propósito de crear formas de que las ratas, los monos, mente un millón de robots instalados cional al coseno de dicho ángulo. El descubrimiento mostró que las neuronas y, -algún día que esperan no muy lejano- los seres huen el mundo. Esto contrasta con el cremotoras están en amplia sintonía con determinado rango de movimiento, y manos sean capaces de controlar máquinas mecánicas ciente número de robots de servicio y que lo más probable era que el cerebro dependiera de la actividad colectiva y electrónicas, con el solo pensamiento o la imaginación entretenimiento que en la actualidad rede poblaciones dispersas de neuronas individuales para generar una orden del movimiento. basa los tres millones de unidades. motora”. “Nuestro objetivo inmediato –han consignado- es Los experimentos en estos campos han continuado, y a los esfuerzos poder ayudar a una persona que ha quedado paralizada a LA COMPOSICIÓN DE UNA CELDA de Nicolelis y Chapin se han sumado los de otros científicos en la Unión causa de un desorden neurológico o de una lesión en la esA pesar de ser una máquina preAmericana y en Europa. Los resultados son alentadores, y tal vez algún día pina dorsal, pero cuya corteza motora ha resultado ilesa, cisa que puede seguir fielmente una puedan tener aplicación práctica para ser de beneficio para personas –como a operar una silla de ruedas o un brazo robotizado. Algún trayectoria, el robot es ciego, sordo, ahora se les llama- con capacidades diferentes. día, la investigación podrá también ayudar a dicho pacimudo y de inteligencia limitada. Su Doctor Pese a ello, son cautos, “para no ofrecer falsas esperanzas a la gente que ente, con la ayuda de una comunicación inalámbrica entre Sergio William precisión alcanza los 0.1 milímetros, padece discapacidades graves. Todavía debemos superar muchos obstáculos los implantes en el cerebro y la extremidad dañada, a reSedas Gersey sin embargo, únicamente es capaz de / ITESM antes de que las IBM se puedan considerar opciones Profesor terapéuticas seguras, cuperar el control sobre un brazo o una pierna natural. Y seguir las instrucciones y trayectosergiosedas confiables y eficientes. Debemos demostrar en acciones clínicas, que una IBM esto podría conducir a aparatos que restauren o aumenten rias que se le han programado. Esto @itesm.mx puede ofrecer mucho bienestar sin riesgo de daño neurológico adicional. otras funciones motoras, sensoriales o cognitivas”.

Robótica Industrial

Compite o muere

E

32

40

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

mantenerlo simple y con un mínimo número de operaciones. 5.Analizar qué puede fallar. Realizar un análisis de “¿Qué sucede si? (What if?)” a fin de detectar cosas que pudieran hacer que falle el sistema. Se deberá elaborar un análisis, estudios y modelos para reducir cualquier incertidumbre o duda. 6.Implementar. Generar dibujos para fabricación, fabricar, ensamblar, programar y probar el sistema en la planta del proveedor. Una vez aprobado se deberá embarcar e instalar en la planta a la que está destinada. Ya instalado el sistema se vuelve a probar para verificar que pueda operar en forma continua y sin piezas durante 20 horas. Enseguida se realiza una prueba que confirma que el sistema repite y opera adecuadamente. 7.Capacitar al personal de mantenimiento y operación.

obliga a que el fabricante se asegure que las piezas que se le alimenten siempre sean del mismo tamaño y estén colocadas en la misma posición. Pequeñas variaciones en las dimensiones de las piezas o su colocación, pueden ocasionar que la pieza o ensamble sean rechazados. El diseñador de una estación robotizada debe tomar en cuenta las variaciones que puede tener la materia prima, la forma en que llegan las piezas a la estación y las variaciones que permite el cliente en el producto final. Debe incluir estaciones de entrada y salida de material así como dispositivos que acomoden las piezas y se aseguren que siempre lleguen al mismo lugar.

La revolución robótica

¿QUÉ PUEDE FALLAR? Naveen Kella Las fallas más comunes que se pueden presentar en la Rejas y otros dispositivos de seguridad protegen a los implementación de un sistema robotizado incluyen: operadores de un robot en movimiento – logrando así prel cáncer de próstata es una de las enfermedades diante de medicina, obtener una mejor vista de la interven•No tener una especificación clara del problema a revenir accidentes. más comunes entre los hombres, y afecta aproxi- ción, pero el cirujano me llamó la atención por inclinarme solver y/o no comunicar las necesidades correctamente madamente a uno de cada seis individuos. Afortu- demasiado sobre el paciente: al proveedor. LA IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA ROBOTIZADO “Si te sigues inclinando así –me dijo-, vas a caer sobre nadamente, este tipo de cáncer es curable, siempre y cuan•No prestar atención a las tolerancias y variaciones de Para implementar un sistema automático, la empresa do se ataque de manera oportuna. Uno de los métodos la incisión del paciente. Ésta es una operación de sensibila materia prima y del ensamble. manufacturera debe seguir los siguientes pasos: de cura consiste en la remoción quirúrgica de la próstata. lidad. Tienes que aprender a utilizar tus manos, a fin de •No posicionar, alinear y sujetar las piezas adecuada1.Definir claramente el alcance del proyecto. ¿Qué debe Desgraciadamente, ésta se encuentra rodeada de nervios que sientas la diferencia entre la próstata y el tumor. No mente. de hacer la estación? ¿Cuántas piezas diferentes debe favitales y músculos que apoyan la función sexual y el con- te molestes en tratar de verlo”. “¡Caramba!”, pensé yo. “Da •No hacer una análisis de fallas. bricar? ¿Hay un solo modelo que se va a producir o son miedo pensar que no puede uno ver lo que está cortando”. trol urinario. varios? ¿Cuáles son las dimensiones y variaciones de las Así pues, los hombres y sus parejas se enfrentan a En la cirugía abierta tradicional, no era raro dar sangre a CONCLUSIÓN piezas? ¿Qué precisión se requiere en el ensamble final? un dilema: curar el cáncer, pero con el riesgo de llevar los pacientes en el curso de la operación. Y casi no tenía Los robots industriales son una herramienta que per¿Cuál es el ritmo de producción? ¿Cómo viene la materia una posterior vida de lamentaciones, por la imposibili- importancia si no podía uno ver claramente la próstata, mite que una empresa aumente su productividad y efiprima y cómo se deben de entregar las piezas que ya están dad de erecciones o por la pérdida de control sobre el porque era tanta la sangre, que en ocasiones tenía uno ciencia. Han alcanzado un alto grado de madurez lo procesadas? ¿Existen restricciones de espacio, condicioflujo urinario. Se trata de una elección nada envidiable que operar guiado sólo por el tacto. cual permite que sea fácil integrarlos en un gran rango nes de operación, restricciones de manejo? etcétera. Para agravar los problemas, la cirugía muchas veces se de operaciones. Sin embargo, dependen de que la ma2.Desarrollar un plan de implementación. Identificar qué hace mediante una incisión que parte del ombligo y va CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA teria prima sea uniforme y esté bien posicionada. puede hacer que falle el plan. hasta el hueso púbico. El cirujano batalla para lograr una Al principio de la década de 1990, la cirugía laparoscópica Alimentar, posicionar y alinear la materia prima 3.Analizar cuánto se puede gastar. (Es igual a la suma buena vista de la próstata y de los importantes tejidos se estaba convirtiendo en el procedimiento usual para puede incrementar el costo del sistema hasta en un de las utilidades o beneficio económico multiplicado por muchos tipos de cirugía general. El uso de la cirugía lapaque la rodean. 300 por ciento. Para contrarrestar esto se están desael número de piezas que se fabricarán en un año por el roscópica para extirpar la vesícula biliar era un ejemplo rrollando sistemas de visión y sensores inteligentes número de años de recuperación que permite la empresa perfecto. Los pacientes podían abandonar el hospital el OPERACIÓN DE SENSIBILIDAD que pueden ayudar al robot a encontrar las piezas (normalmente 1.5 a 2 años). En lo personal, recuerdo haber intentado, cuando era estu- mismo día o, si acaso, después de haber pasado ahí una fácilmente sin importar la posición de la pieza. 4.Generar alternativas de diseño de la celda. No olvidar

E

Doctor Naveen Kella Renombrado urólogo del área de San Antonio, Texas, es uno de los diez cirujanos más importantes del mundo, por su volumen anual de operaciones de próstata. nakster1@ yahoo.com

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

noche. Con pequeñas punciones en lugar de una grande incisión, se reducían tanto el dolor como el tiempo de recuperación. Asimismo, se reducía el sangrado, dado que el aire bombeado en el vientre ayudaba a reducir la posibilidad de que los vasos sanguíneos rezumaran en el curso de la operación. Esta transformación tan radical condujo a otras especialidades quirúrgicas a buscar la forma de beneficiarse con esta nueva tecnología laparoscópica. En urología, los cirujanos pensaron que esto podría ser de gran utilidad en los casos de cáncer de próstata. En septiembre de 1991 se realizó en San Antonio, Texas, la primera próstatactomía laparoscópica del mundo. La operación duró casi diez horas, y los cirujanos que la realizaron declararon ineficaz el procedimiento en el Journal of Urology, uno de los periódicos más respetados en el campo de la urología americana. Afortunadamente, los urólogos europeos deben de haberse perdido de esta edición, ya que, con el tiempo, la cirugía laparoscópica registró grandes avances, y en los albores del siglo 21 este procedimiento volvió a los primeros planos en los Estados Unidos, gracias a urólogos de Francia y de Alemania, que mostraron su destreza con el mismo.

ROBÓTICA ROBÓTICA

41

33

del temblor, y al uso de sofisticadas cámaras que permiten una visión tridimensional. Finalmente, durante la intervención, el cirujano se sienta cómodamente, y no experimenta fatiga, como ocurría con la cirugía tradicional o laparoscópica De verdad, la revolución robótica ya estaba en marcha. ARRIBO A SAN ANTONIO Yo llegué a San Antonio en 2005, después de haber cursado, en Houston, una beca de un año sobre cirugía robótica y cirugía abierta de cáncer de próstata. En San Antonio realizamos la primera operación robótica de extracción de la próstata, así como la primera operación exitosa para extraer una vesícula biliar cancerosa en Texas. Con la mira puesta en lograr progresos constantes, hemos incorporado técnicas de cirujanos expertos de diferentes partes del mundo. Una base de datos computarizada analiza los resultados de cada nuevo caso, y puede localizar manchas antes de que se conviertan en problemas. La práctica ha mejorado, y como nuestros resultados van también a la alza, hemos desarrollado un bien estructurado sistema de documentos.

PRESERVACIÓN DE MÚSCULOS Y NERVIOS El principal objetivo de una operación de esta naturaleza es extraer por completo la próstata y, si es necesario, los nódulos linfáticos. El siguiente objetivo es preservar intactos los músculos y nervios que controlan las funciones sexual y urinaria. Los pacientes tienen el deseo de minimizar o eliminar por completo su incontinencia urinaria, así como preservar lo más que se pueda de su actividad sexual. Los nervios corren por uno y otro lado de la próstata, y están delicadamente entrelazados con los tejidos prostáticos. Una vez que la próstata es extraída, la vejiga y los músculos de la uretra tienen que ser reconectados. PROCEDIMIENTO DIFÍCIL Tanto la preservación de los nervios como la reconexión de la vejiga requieSin embargo, una pronunciada curva en el aprendizaje hizo ren mucha práctica, incluso con el robot. Muchos estudios indican que el nivel que la buena ejecución de este procedimiento resultara exde experiencia del cirujano, con o sin robot, es el factor más importante para la tremadamente difícil, y el número de cirujanos dispuestos exitosa recuperación del paciente. Se necesitan cientos de casos antes de que a realizar esta operación no se daban abasto para atender un cirujano pueda ofrecer de verdad a sus pacientes, una operación contra el todos los casos. Los cirujanos tuvieron que acostumbrarse tamente operados utilizan técnicas desarrolladas para la cáncer que preserve los nervios y maximice la conservación, con consistena operar con largos “palillos chinos”, a fin de penetrar protele-robótica y la tele-presencia, para navegación y control cia, del tejido del músculo uretral. fundamente en el cuerpo. Esto tenían que hacerlo miensupervisadas por un operador, mientras que en los vehícutras miraban una pantalla de televisión, que eliminaba el los autónomos no hay operadores humanos, y necesitan PODEROSA HERRAMIENTA beneficio de la percepción profunda. A final de cuentas, la incorporar en sus sistemas cierta “inteligencia”, así como Para mí, el robot es como una herramienta poderosa de un carpintero. Con esa operación era físicamente extenuante y prolongada, lo que un sistema de control autónomo sin supervisión humana. herramienta se pueden lograr cosas maravillosas, siempre y cuando el carpindaba lugar a fatiga física durante la intervención. Los UVs (remotamente operados o autónomos) eliminan Marco Tulio Mata Jiménez tero tenga toda la experiencia posible. Hacia esta mitad del año 2008, he atenla necesidad de la presencia humana, por lo que resultan dido aproximadamente mil casos, y he hecho de este programa el más intenso Por coincidencia, el inicio del siglo XXI se hizo acomideales para trabajos en sitios peligrosos o inseguros. xisten varios tipos de vehículos no tripulados, los cuadel sur de Texas, y uno de los diez más grandes en todo el mundo. pañar por la cirugía robótica. Manufacturada por Intuiles pueden operar con varios niveles de autonomía. Hasta la fecha, me he encontrado con que el 95 por ciento de los pacientes se tive Surgical, en Sunnyvale, CA, la tecnología robótica Los vehículos no tripulados están siendo desarroEste artículo aborda una revisión de los tipos de van a su casa en los primeros dos días. Menos del uno por ciento de los pacientes fue adoptada de sus usos militares para usos civiles. llados para aplicaciones submarinas, terrestres y aéreas. vehículos no tripulados más comunes, sean terrestres, necesitan sangre o una reoperación mientras están en el hospital. La mayor parte Aprobados por el gobierno para cirugía del corazón, los Este artículo trata una revisión de estas tres áreas de veaéreos o submarinos. Además, se presenta una propuesta de los pacientes vuelven a su trabajo de escritorio en un par de semanas. Por robots permitieron a los cirujanos realizar operaciones hículos. para sintetizar controladores para vehículos no tripulalo que respecta a la actividad física, ésta se debe reasumir de manera gradual. del corazón sin necesidad de incisiones. Los urólogos se dos basados en modelos. Y procuro decirles a los pacientes que esperen seis semanas antes de reanudar dieron cuenta muy pronto de que los robots también poVEHÍCULOS TERRESTRES NO TRIPULADOS actividades físicas intensas. Nuestro porcentaje de control de cáncer va a la par drían ser utilizados para cirugías de cáncer de próstata. Los vehículos terrestres no tripulados (UGVs, por sus siINTRODUCCIÓN con el de los mejores cirujanos del mundo. Aproximadamente el 90 por ciento glas en inglés) son plataformas móviles (con ruedas o con Los vehículos no tripulados (UVs, por sus siglas en inglés) de los pacientes quedan libres de cáncer después de la operación. La mayor APROBADOS LOS ROBOTS patas), que son empleadas para extender las capacidades son un importante paso evolutivo para incrementar la parte de los pacientes logran la continencia en las primeras seis semanas. Esto La aprobación del Gobierno de los Estados Unidos al uso de los humanos, y operar en medios potencialmente hosseguridad en un amplio rango de aplicaciones, que van significa que no llevan almohadillas para el goteo o alguna toalla como precaude robots ocurrió en 2001, y el resto ya es historia. Hoy en tiles. Existen dos clases generales de vehículos terrestres de la observación pasiva a la interacción con el medio Doctor ción. Con la cirugía abierta, decíamos a los pacientes que no esperaran día, los robots realizan aproximadamente el 50 por ciento Marco Tulio una erecno tripulados: los tele-operados, que son controlados por en el cual se desplazan. ción en aproximadamente un año; sin embargo, ahora esperamos un “despertar” de las operaciones de extirpación de próstata en los EstaMata Jiménez operadores humanos, y los autónomos, cuyas decisiones en el en unas cuantas semanas, y una recuperación suficiente Profesor para tener intercurso dos Unidos. Las ventajas de las cirugías laparoscópicas – de control son tomadas de manera automática, sin interPara lograr este objetivo, dichos vehículos deben opeDoctorado sexual en un lapso de tres a seis meses para la mayor parte de los pacientes. pequeñas incisiones y menos sangrado- recibieron el benede Ingeniería vención de un operador. rar con cierto grado de autonomía. Esta autonomía puede ficio adicional de los instrumentos robóticos, que son del Eléctrica ir de los vehículos remotamente operados (ROVs, por sus / UANL La extracción de la próstata sigue siendo la regla de FIME oro para los casos de tamaño de un lápiz pequeño, y se mueven como la mano Los vehículos tele-operados son controlados por el siglas en inglés) a los vehículos completamente autónommata@gama. cáncer prostático. ¡La única diferencia es que ahora podemos mejorar la operahumana. Adicionalmente, los movimientos son más puntuoperador vía un lazo de comunicación, el cual puede ser mos (AVs, por sus siglas en inglés). Los vehículos remofime.uanl.mx ción y sus resultados con el uso de un robot! ales y precisos gracias a la eliminación, por computadora,

Terrestres, submarinos y aéreos

Vehículos no tripulados

E

30

42

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

En este caso, se trata del punto C, cuyas coordenadas En el caso de doble apoyo, se unen las formas geoméfibra óptica, un cable o radiofrecuencia. En este caso, toDe la misma manera que en los vehículos terrestres, . Éstas pueden ser calculatricas y se construye una envolvente convexa entre ambas. en el plano XZ son das las decisiones son tomadas por el operador basado en los vehículos submarinos no tripulados se hace la das de dos formas: primero, mediante el cálculo de las coLa figura 4 muestra este caso. en la retroalimentación de los sensores del aparato. Un distinción entre los vehículos remotamente operados y ordenadas usando las posiciones y velocidades del centro ejemplo de UGVs teleoperado es un carro de juguete a los vehículos autónomos. Los vehículos remotamente de masa relacionado por las ecuaciones: control remoto. operados trabajan conectados a un barco de soporte Figura 4. Polígono mediante un cable umbilical que transmite las sede sustentación para ñales de control y la energía necesaria para la opeEn contraste, los vehículos terrestres autónomos no doble apoyo ración del vehículo, y obtiene a su vez las imágenes y dependen de un operador, y para esto deben tener la haotros datos de los sensores. bilidad de obtener información del medio en el que se desplazan, a fin de navegar sin asistencia humana, evitar El concepto de envolvente convexa se puede ilustrar de obstáculos y, eventualmente, detectar objetos de interés. Es importante hacer notar que los vehículos subla siguiente manera: considerar los puntos que están denmarinos teleoperados son controlados continuamente, tro de la figura geométrica resultante como un conjunto. Si y para esto es necesario tener un lazo de comunicación Además, deben tener capacidad de adaptación a las Otra manera de cálculo es la derivación de las coordeahora se toman dos puntos cualesquiera que pertenecen confiable. El cable umbilical restringe las operaciones condiciones cambiantes que los rodean, para lo cual han a este conjunto y se unen mediante una recta, los puntos nadas del ZMP en el polígono de sustentación de los pies a a una distancia próxima al barco soporte y en ocasiode utilizar la información recolectada por sus sensores, y que forman la recta no deben salir del conjunto para que partir de las fuerzas de contacto. nes causa enredos entre el vehículo y el cable. Para ajustar sus planes de navegación. Todo lo anterior implica En cada punto Pi hay una fuerza Ni normal, que tiene se considere una envolvente convexa. Si un punto de la minimizar este tipo de problemas, se remueve el lazo la limitante de hacerlo en tiempo real. recta formada sale del conjunto definido, entonces no será por coordenadas respectivamente, y que se entre la nave y el vehículo, eliminando las restricciones una envolvente convexa. muestra en la figura 5. Se pueden relacionar como: de maniobrabilidad y profundidad. ÁREAS DE INVESTIGACIÓN Los vehículos sin cordón umbilical pueden operar Las actuales áreas de investigación para este tipo de veZMP EN LA MARCHA DINÁMICAMENTE ESTABLE en modo crucero, cuando se mueven continuamente hículos incluyen: control de robots, desarrollo de senComo ya se explicó, la marcha dinámicamente estable es durante una misión, o en modo suspendido, usados sores, cálculo de trayectorias y movilidad mecánica. Un la que realizamos los seres humanos, pero nos tendríamos para inspecciones detalladas de objetos fijos. Esta disárea de investigación que ha sido ampliamente estudiada que plantear la siguiente pregunta: ¿por qué perdemos el tinción es importante por las leyes de control que dees la locomoción a patas, dado que este tipo de movimienequilibrio durante una marcha? La respuesta es: “simple y ben ser utilizadas para dirigir el vehículo. En un medio to presenta claras ventajas cuando el medio en el que se sencillamente porque el punto de momento cero de nuessubmarino, las comunicaciones pueden llegar a susdesplaza el vehículo es difícil. tra marcha sale del polígono de sustentación”. Podemos de donde se pueden escribir las ecuaciones para obtener penderse, por lo que en ocasiones los vehículos utidecir que la posición del punto de momento cero es un las coordenadas del ZMP a partir de las fuerzas de conlizados deben tener un amplio grado de autonomía La aplicación de tal tipo de vehículos es extensa, y se indicativo del equilibrio en una marcha. Cuando el ZMP se tacto como (vehículos submarinos autónomos, UAV, por sus siincluye la desactivación de artefactos explosivos o la reacerca a los límites de la envolvente convexa, habrá riesgo glas en inglés), y la toma de decisiones debe darse colección de muestras en ambientes extremadamente hosde una caída. mediante algún sistema de control embarcado. Los tiles. El cálculo del ZMP es complejo y tiene que ser verifivehículos submarinos autónomos se emplean princicado cada instante, porque depende de la postura. Estos palmente para la exploración profunda y el monitoreo VEHÍCULOS SUBMARINOS NO TRIPULADOS cálculos los realiza el cerebro en el ser humano y un ambiental. Los vehículos submarinos no tripulados (UUVs, por sus siprocesador en un robot bípedo. Dichos cálculos se hacen glas en inglés) incluyen vehículos operados remotamente en conjunto con los necesarios para el resto del cuerpo Las áreas de investigación actuales para los vehícuy vehículos submarinos autónomos. Los UUVs en general humano y de la estructura del robot en el caso del bípedo. los submarinos no tripulados incluyen: el desarrollo pueden ser utilizados en exploración en mar ultraproEn la figura 5, se presenta un esquema del pie, donde se que corresponden con las ecuaciones (1) y (2). de sistemas de potencia ultra-eficientes, la síntesis de fundo o cuando el destino submarino es incierto, o bien muestra el punto de momento cero. controladores basados en modelos más eficientes y la cuando las condiciones del mar hacen peligrar una misión DINÁMICA DEL ROBOT BÍPEDO concepción de nuevos sistemas de comunicación. tripulada. El modelo dinámico con restricciones, del robot bípedo, puede ser expresado como un conjunto de ecuaciones de VEHICULOS AÉREOS NO TRIPULADOS Euler-Lagrange, considerando que los cuerpos articulaUn vehículo aéreo no tripulado (UAV, por sus siglas dos son rígidos. El modelo del robot ha sido ampliamente en inglés) es una aeronave sin piloto. Estos vehículos abordado en [4] y [5], el cual es: pueden ser controlados a control remoto o bien seguir órdenes de vuelo pre-programadas mediante sistemas de control automático.

M.C. Francisco Gerardo Benavides Bravo Posgrado en Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Nuevo León

Figura 5. Estructura del pie, el ZMP y el polígono de sustentación

Aunque su aplicación principal ha sido de carácter donde es la matriz de inercia; militar (misiones de observación, búsqueda y rescate es la matriz de fuerzas centrífugas y de Coriolis; o bombardeo de precisión), en el medio civil también es el vector de gravedad; es el vector de resultan de utilidad para inspección forestal, vigilanfuerzas de los actuadotes, y representa el cia de tráfico o supervisión de líneas de transmisión o vector de fuerzas de contacto. gasoductos. Estas aeronaves pueden ser aviones de ala fija, dirigibles o helicópteros. Específicamente, C(q) es la matriz Jacobiana del conjunto de restricciones normales y tangenciales En general, como en los casos de los vehículos no donde k representa la k-ésima restricción nortripulados terrestres y submarinos, los vehículos aéremal y tangencial respectivamente y el vector de los os no tripulados se dividen en categorías, de acuer-

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

43

El equipo de trabajo del laboratorio de mecatrónica multiplicadores de Lagrange asociados; Finalmente, el vector compuesto de los pares para el del CIIDIT actualmente desarrolla leyes de control no representa el vector de coordenadas generalizadas. tobillo en apoyo se expresa en la ecuación 11, y la figura 7 lineales para controlar las funciones requeridas de los muestra dónde actúan. drones existentes. Estas leyes están basadas principalTÉCNICA DE LA RAZÓN TOTAL DE CAMBIO mente en el conocimiento de la dinámica (generalmente DEL MOMENTO ANGULAR no lineal) de los sistemas y la obtención de un modelo La razón total de cambio del momento angular es dinámico tanto para los dirigibles como para los heuna cantidad física que ha sido utilizada para generar licópteros. trayectorias de marcha de sistemas caminantes [6], [7]. El punto de momento cero (ZMP) [1,2] o las técnicas basadas Los modelos obtenidos están basados en expresiones en fuerzas de contacto normal y tangencial usan la razón lagrangianas para la energía del sistema. Mediante la utitotal de cambio del momento angular. La expresión formal lización de estos modelos, se pretende diseñar estrategias del vector P está derivada en función del momento angular de control para seguimiento de trayectorias y algún tipo de CONCLUSIONES ( P) como: estabilización robusta para compensar posibles inexactiEn este trabajo se han presentado las tudes del modelo. Dichos algoritmos serán validados en do con su nivel de autonomía. En la mayor parte de las técnicas para el cálculo del punto de pruebas experimentales sobre los prototipos existentes. aplicaciones actuales los UAVs son teleoperados, como momento cero y su relación con la razón Figura 7. Los los llamados drones, que no son parecidos a aeronaves total de cambio del momento angular. pares de los CONCLUSIÓN radiocontroladas, aunque los misiles de crucero pueden Dichas cantidades físicas han demostraSe presentaron las principales características detobillos los ve-son operar de forma autónoma, con base en la información aplicados a do ser útiles en la ejecución de trayechículos no tripulados más representativos, así como los del terreno, así como en la información obtenida de otras cada pierna. torias en tres dimensiones de algunos desafíos científicos más importantes para desarrollar plefuentes, como el sistema global de posicionamiento (GPS, robots bípedos. Se abordó la similitud namente esta tecnología. por sus siglas en inglés). entre estas cantidades y los utilizadas donde Gi es la posición del centro de gravedad del iComo se menciona, las ventajas ofrecidas por los veen la marcha humana. Se mostró sólo ésimo eslabón y PGi es el vector formado entre P y Gi; mi es hículos no tripulados son muy importantes, y en el futuro Una ventaja evidente de los UAVs (tanto teleoperados la parte que tiene relación directa con la masa del i- ésimo eslabón; Ri es la matriz de orientación ciertas actividades dependerán del desarrollo tecnológico como autónomos) es que no tienen las limitaciones resulel punto de momento cero y los pares del marco del i- ésimo eslabón; Ii y i son la marco del ien esta área. La comunidad científica ha hecho grandes tantes de la capacidad física del piloto. de la estructura que son los de los toésimo eslabón respectivamente. P, donde (xP, yP, zP) son sus esfuerzos para mejorar el des-empeño de los vehículos billos. El resto de los pares y la ley de coordenadas, es el punto donde la cantidad es calculada. no tripulados, pero aún queda mucho trabajo teórico para Las áreas de investigación comprenden el desarrollo de control para ellos no se abordó. Entonces, el punto C, figura 6, con las coordenadas dotar a los vehículos de una autonomía total. los sistemas de control de vuelo, concepción de sistemas ( x, 0, z), representa el ZMP en función de la razón total de navegación y el diseño aerodinámico de aeronaves. de cambio del momento angular P, por lo que se pueden relacionar el punto de momento cero y las componentes DESARROLLO DE CONTROLADORES del vector de la razón total de cambio del momento anguPARA VEHÍCULOS NO TRIPULADOS l a r P y se expresan como: Un área de primordial interés cuando consideramos vehículos no tripulados es el control de navegación. El resultado de un control ineficiente de trayectoria puede tener resultados catastróficos, principalmente cuando el vehículo se desplaza en un medio hostil. Esto es más complicado aún en el caso del control de vuelo para los UAVs, dado que un titubeo en vuelo puede llevar a perder la aeronave; Un estudio completo se ha hecho en [6] y [8]. [1] A. Goswami. Postural stability of biped robots and foot-rotation además, el sistema de control debe actualizarse a una freindicator (FRI) point, Int. J. of Robotics Research, 18(6):523-533, 1999. cuencia elevada. [2] Sardain, P. and Bessonnet, G., “Forces Acting on a Biped Robot. Center Como resultado, el equilibrio se mantiene cuando of pressure-Zero Moment Point”, Paper accepted for publication in the hay condiciones irregulares en el suelo. La ley de conIEEE Transaction on System, Man & Cybernetics, Part A, 2004. Actualmente, el Centro de Innovación, Investigación y trol para el cálculo de los pares de la estructura del robot [3] J.A. Rojas. Reporte final de la estancia de investigación en el LMS de Desarrollo en Ingeniería y Tecnología (CIIDIT), de la Unila Université de Poitiers. Poitiers, Francia. Under Grant No 03/RPC-R-026. bípedo no es abordada en este trabajo. versidad Autónoma de Nuevo León, cuenta con varios 2004. [4] P.B. Wieber, “On the Stability of Walking Systems”, Proc. of the Int. prototipos de vehículos no tripulados, en los cuales se Workshop on Humanoid and Human Friendly Robotics, Tsukuba, Japan, implementarán algoritmos de control de navegación. En2002, pp.53-59. tre los prototipos se encuentran helicópteros y dirigibles P.B. Wieber. “Constrained dynamics [1] [5] A. L. Meyrowitz, D. R. Blidberg, y R. C.and parametrized control in a escala. biped walking”. In Proc.Vehicles”. of the 2000 Int. Conf. on mathematical Theory of Michelson. “Autonomous Proceedings Networks and Systems. of the IEEE, Vol.84, No. 8, Agosto de 1996. Figura 6. Puntos [6] Mitobe, K., Capi, G., Nasu, Y., “A new control method for walking Estos prototipos deben desempeñar ciertas funciones, robots based on momentum”, Mechatronics 14, pp., 163-174, claves en el cálculo [2] K. P. Valavis, D.angular Gracanin, M. Matijasevic, R. a fin de cumplir 2004. y G. A. Demetrius. “Control Architecture del ZMP. sus tareas exitosamente. Estas funciones Kolluru, Kajita, S., underwater Yokoi, K., Saigo, M. and Tanie, K., “Balancing a humanoid son: navegación, estabilidad y control del vehículo, senfor [7] autonomous vehicles”. IEEE robotSystems, using back drive concerned Control Diciembre 1997. torque control and direct angular sado remoto, comunicaciones robustas. De éstas, el conmomentum feedback”, Proc. of the 2001 IEEE ICRA, pp. 3376-3382. trol de navegación y la estabilidad son esenciales para el Sano, A. and “Realization of natural dynamic walking [3] [8] B. Ludington, E. Furusho, Johnson, J. and G. control de vuelo del sistema UAVs. Implícitas en estas dos using the angular momentum Proc. of the 1990 IEEE ICRA, Vachtsevanos. “Augmenting UAVinformation”, autonomy” IEEE pp. 1476-1481. funciones están el control de los accionadores y las leyes Robotics and Automation Magazine, Septiembre de 2006. de control.

REFERENCIAS

REFERENCIAS

31

28

44

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

MODIFICACIÓN DE TÉCNICAS Las técnicas para las operaciones cardíacas desarrolladas en el pasado se modificaron para usarlas de manera mínima invasiva. El procedimiento principal se mantiene igual en términos de resultados y objetivos en general. Empero, las ventajas de cirugía robótica son muchas. En la cirugía mínima invasiva y robótica hay menos complicaciones y problemas. La estancia en el hospital es más corta. El regreso a las actividades normales ocurre más rápidamente después de una intervención mediante la cirugía robótica, y con el uso de ésta el riesgo es menor para la gran mayoría de los pacientes. Asimismo, la recuperación postoperatoria es más rápida, y hay una tendencia hacia menor uso de transfusiones de sangre. El dolor postoperatorio disminuye grandemente; las cicatrices son reducidas a varias incisiones de un centímetro y una de cinco centímetros, como se ven en las figuras 4 y 5.

Todas estas ventajas se traducen en resultados excelentes, con menores porcentajes de mortalidad y morbilidad para los pacientes.

Tele-programación, Tele-control y Tele-operación

Robots controlados a través de Internet

IMÁGENES TRIDIMENSIONALES En estas operaciones, el cirujano controla los brazos robóticos a través de la consola. Los brazos se utilizan con diferentes intrumentos que se intercambian en la sala de operaciones. El brazo central se utiliza para la cámara, que INTRODUCCIÓN es en realidad una doble cámara. Con esta doble cámara y El acceso remoto a equipos de laboratorios complejos, el programa computarizado, la imagen que el cirujano ve modernos y costosos representa un tema atractivo y de a través de la consola es tridimesional. Al tener la imagen gran interés, tanto para la investigación y para la enseñanen tercera dimensión, el cirujano puede ejecutar su cirugía za, como para aplicaciones industriales. Actualmente, el con mayor precisión. Los otros dos o tres brazos se usan estudio y la aplicación de la robótica en los diversos campara instrumentos quirúrgicos. pos de la ingeniería es uno de los temas que ha adquirido Los instrumentos quirúrgicos se intercambian bajo la gran interés, debido a los grandes avances tecnológicos, y supervisión y dirección del cirujano. Estos instrumentos en particular a la Internet. tienen movimiento en todas direcciones, a fin de facilitar La enseñanza y la investigación en el área de la robótiel procedimiento, minimizando la incisión. Estos instruca son unas de las prioridades que desafortunadamente mentos proveen más destreza para el cirujano en un área se ven limitadas por los altos costos en equipamiento y limitada. Los instrumentos se han desarrollado específien mantenimiento de estos equipos, lo que hace que estos camente para el robot, y son muy parecidos a los intrulaboratorios sean exclusivos de algunos centros de invesmentos usados en la cirugía convencional. tigación e instituciones educativas. La cirugía convencional es todavía la manera prevaleVarias plataformas experimentales, distribuidas en ciente de corregir problemas cardíacos, ya que no todos diferentes laboratorios en el mundo, son accesibles en los pacientes que requieren cirugía cardíaca son candidalínea a través de la Internet, lo que ha motivado que tos para intervención con el uso del robot. nuevos campos de la ingeniería se desarrollen en esta Los pacientes con bloqueos en las arterias coronarias dirección, como es el caso de la tele-robótica, que perdel lado izquierdo del corazón tienen una posibilidad más mite a un operador supervisar el control de estos sistemas alta de ser candidatos a cirugía con el uso del robot. Jesús de León Morales de manera remota. La mayoría de los pacientes con condiciones que Se han desarrollado técnicas de cooperación hombre– afectan la válvula mitral, particularmente regurgitación máquina en los niveles de programación, control y transmitral (la válvula no cierra por completo) son candidatos a red de Internet proporciona un excelente medio misión de información, a fin de proporcionar al usuario para cirugía asistida por el robot, y hasta la fecha los reque permite el desarrollo de nuevas tecnologías de servicios que permitan la transmisión de información de Figura 4 Cirugía de ”bypass” de coronarias. sultados obtenidos han sido paralelos a los resultados con comunicación para diversas aplicaciones. Una que una manera simple, y que además sean accesibles a mucha la cirugía tradicional, pero con recuperación más rápida y ha tenido un desarrollo importante es la creación de labo- gente que cuente con recursos multimedia. estancias más breves en el hospital. La potencialidad de los laboratorios remotos para el ratorios remotos dedicados a la robótica. El acceso remoto Todas estas cirugías y técnicas son todavía muy nuea laboratorios de alto nivel ofrece un medio económico control de robot [8], y en particular el uso de la Internet vas y se continúan refinando. La tecnologia sigue avany excelente para la enseñanza a distancia, para la inves- como canal de comunicación, están al alcance de los eszando, y se llevan a cabo los estudios conducentes a tigación y para la experimentación remota. Algunos tra- tudiantes o de los investigadores desde diferentes partes confirmar los buenos resultados y continuar el progreso bajos publicados proponen plataformas robóticas para el del mundo ([1], [10], [4], [2], [17], [14]), por lo que varios en la cirugía cardíaca. La instrumentación también está acceso a laboratorios experimentales basados en Internet; trabajos publicados, basados en experimentación remota siendo modificada, para adaptarla mejor a procedimiensin embargo, es necesario que estas plataformas dispon- en plataformas robóticas, están siendo utilizados como tos mínimo invasivos. gan de una buena arquitectura, de una clara metodología una excelente alternativa para acceder a equipos remotos Para más información, los interesados pueden comunipara su operación y que además faciliten la integración de ([2], [17], [7], [15]). carse a nuestro Centro de Cirugía Minima Invasiva CardioPor otro lado, para tratar de resolver el problema de los elementos tanto en software (SW) como en hardware vascular y Torácica, en San Antonio, Texas 210-615-6626 verificar los algoritmos obtenidos para el control de robots (HW). o enviar correo electrónico a [email protected]. En este trabajo se presenta una plataforma de ac- u otros procesos en tiempo real, se aprovechan las ventaTambién pueden encontrar más información a través de ceso remoto basada en una programación multicapa que, jas que ofrece la red de computadoras de los sistemas de nuestra página de internet www.CMICS-SA.com y a través además de facilitar la integración entre HW y SW, ofrece el comunicación y de tele-operación. Además, el desarrollo de la página de internet del robot DaVinci. acceso a los diferentes esquemas de tele-presencia: tele- de estas nuevas herramientas permite la posibilidad de operación, tele-control y tele-programación. Finalmente, usar estos equipos para la enseñanza y la investigación Figura 5 Cirugía de válvula mitral. Como todos los procedimientos nuevos, se debe seguir Doctor Jesús se muestran las pruebas experimentales del esquema pro- en los campos de la tele-robótica, tele-operación y teleel progreso de una manera cuidadosa, para estar seguros de León Morales puesto sobre un robot hexápodo localizado en el Centro presencia. Centro de Innovación,BREVE HOSPITALIZACIÓN de que los pacientes reciban el mejor procedimiento con Investigación y Las áreas de aplicación de estos campos de la ingeniede Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y La estancia en el hospital es más corta para los pacientes los mejores resultados y menores complicaciones. El munDesarrollo en Ingeniería ría son muy diversos, entre los cuales podemos mencioTecnología de la Universidad Autónoma de Nuevo León y Tecnologíade cirugía robótica. El promedio de internamiento en el do de la cirugía cardíaca continúa cambiando diariamenUniversidad Autónoma (CIIDIT), Apodaca, México, y controlado desde el Institute nar las espaciales, donde diferentes satélites o estaciones te, con el objetivo de mejorar el cuidado de los pacientes de Nuevo Leónhospital para pacientes de bypass es de dos días, y de tres de Recherche en Communication et Cybernetique de Nantes son tele-operadas o tele-controladas desde los centros drjdeleon@dias para pacientes de reparación de la válvula mitral. cardiovasculares. de mando; la exploración submarina, y en particular, la (IRCCyN), Nantes, Francia. gmail.com

L

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

45

29

La principal característica de esta herramienta es su en el cual no exista un momento que nos haga volcarnos arquitectura multicapa, la cual permite una buena intehacia el frente, hacia atrás o hacia alguno de los lados. Por gración de los elementos, tanto en hardware (HW) como eso precisamente se llama punto de momento cero. en software (SW). En el proceso de nuestra marcha estamos en la búsqueda constante de ese punto para mantener el equilibrio. ORGANIZACIÓN Afortunadamente, nuestro cerebro hace esos complejos Este trabajo está organizado de la siguiente manera: en cálculos de manera transparente, y ordena a cada uno la Sección 2 se introducen los conceptos de tele-control, J. Antonio Rojas Estrada de los músculos de las piernas actuar de cierta forma e tele-operación y tele-programación. En la Sección 3, se EXPERIMENTACIÓN REMOTA intensidad, con el fin de no perder el balance. propone un esquema basado en una arquitectura multiEn otro orden, en la experimentación remota existen vaExisten dos tipos de marcha: marcha estáticamente esa habilidad de los seres humanos para caminar es capa. En la Sección 4, se presenta una descripción del laborios esquemas basados en canales de comunicación llamaalgo que aprendemos desde la infancia y se nos table y marcha dinámicamente estable. En el primer caso ratorio remoto propuesto. En la Sección 5, una aplicación dos esquemas de tele-presencia. Mediante instrumentos queda de manera permanente. El resto de nuestra hay garantía de equilibrio, puesto que el robot siempre se del esquema propuesto es aplicada a un robot hexápodo de medición especiales –sensores- e infraestructura tecvida es un proceso que realizamos de manera inconsciente asegura de que la proyección de su centro de gravedad localizado en el Centro de Innovación, Investigación y nológica -pantallas graficas, transmisión de voz, imágenes y paralela con otras actividades. En este artículo se abor- caiga dentro del área de la superficie de Desarrollo en Ingeniería y Tecnología de la Universidad y datos- el humano puede hacerse sentir presente en un dan las técnicas de equilibrio que son implementadas en contacto del pie con el suelo. El segundo Autónoma de Nuevo León (CIIDIT), Apodaca, México, y lugar remoto, aun y cuando no esté realmente ahí. caso concierne a un proceso de marcha, robots bípedos. controlado desde el Institute de Recherche en CommuAlgunos de los esquemas son: i) tele-operación, ii) teleEsta parte en el diseño de un robot bípedo es muy donde el equilibrio se garantiza, siempre y nication et Cybernetique de Nantes (IRCCyN), Nantes; programación y iii) tele-control. En [9] y [5] se mencionan compleja, ya que el robot no es un ser humano que apren- cuando se mantenga el ciclo de la marcha Francia. Finalmente en la Sección 6, se presentan algunas algunos resultados relacionados con la tele-operación. Por de la actividad y la retiene; por el contrario, tiene que eje- de manera completa y regular. conclusiones y recomendaciones. otro lado, en [3] y [18], los autores proponen un esquema El ciclo de la marcha comprende el cutar el proceso como si fuera la primera vez. Si en un de telecontrol. En otros trabajos, por ejemplo en [16] se momento dado el robot no tiene la información de lo que apoyo simple y el doble apoyo. La mar1. ALGUNOS CONCEPTOS analiza el retraso de tiempo en los sistemas de telecomutiene que hacer, esto propiciará inevitablemente una caída. cha humana es en realidad la marcha En esta sección se introducen los conceptos de tele-openicación, y en [12] se estudia la estabilidad del sistema En este artículo se exponen algunas técnicas de equilibrio dinámicamente estable. La diferencia enración, tele-control y tele-programación. retroalimentado con control remoto. tre las dos marchas se puede explicar de de robots bípedos. Tele-operación es definida como la operación continua, Otros autores proponen plataformas que sólo se utilila siguiente forma: En la marcha estáticadirecta y remota de equipos remotos (ver figura 2). A parzan para el accionar remoto de los equipos; por ejemplo, mente estable, el proceso puede ser “conINTRODUCCIÓN tir de la introducción de la tecnología de tele-operación, los robots, ([9], [5], [18]). Finalmente, pocos trabajos han Uno de los principales problemas en el proceso de la mar- gelado” en cualquier momento, y el robot fue posible el desarrollo de interfaces capaces de proporsido publicados acerca de la programación remota (ver, cha humana ocurre cuando uno de los pies está volando, conservará el equilibrio, dado que el centro cionar una interacción satisfactoria entre el hombre y el por ejemplo [15]). mientras el otro está en contacto con el suelo. Si bajo el pie de gravedad está proyectado justo debajo equipo experimental remoto. Por otro lado, el principal de apoyo el suelo presenta una imperfección, la siguiente del pie de contacto. Contrariamente, en la objetivo del tele-control es extender la distancia entre TELE-PRESENCIA fase del proceso de la marcha puede presentar problemas marcha dinámicamente estable, al momenlos dispositivos de control y el equipo a controlar. La Sin embargo, para que un laboratorio remoto dedicado a la y conducir a una caída. La razón, es que seguramente los to de ser “congelado” el proceso, el robot distancia entre éstos se ha incrementado gracias al desaenseñanza e investigación sea funcional, debe ser capaz de pares mecánicos para los actuadores de las piernas ya es- perdería el equilibrio. rrollo tecnológico de la Internet (ver figura 2). ofrecer diferentes esquemas de tele-presencia. Esto pueAl primer tipo de marcha también se le tán calculados y asignados, de ser fácilmente apreciado a partir de la figura 1, (ver deconoce como transferencia de carga. En sin tomar en cuenta la imtalles en [1]) donde una comparación entre los diferentes la figura 2 se muestra un robot bípedo de perfección en la superficie métodos de enseñanza, tomando en cuenta la efectividad talla humana diseñado para pruebas de de contacto. laboratorio en trayectorias de marcha y de la enseñanza, el tiempo y el costo por estudiante, es En la figura 1 se muestra técnicas de equilibrio. Figura 2. Robot bípedo [3] esquematizado en la figura 1. un esquema de la situación que se aborda. De manera simple, se podría decir que POLÍGONO DE SUSTENTACIÓN si en un momento dado la O ENVOLVENTE CONVEXA proyección del centro de El polígono de de sustentación envolvente convexa se comgravedad del robot sale Figura 2. Esquemas tele-control, o tele-operación y tele-programación. pone uniendo las figuras geométricas de los pies o la figudel área delimitada por los Figura 1. El caso (a) ra geométrica del pie mismo. En la figura 3 se muestra pies, habría una pérdida de muestra pérdida del La figura 2.A muestra un esquema de tele-operación equilibrio. Caso (b) el polígono de sustentación para el caso de simple apoyo equilibrio. Existe una técniequilibrio mantenido.a través de la Internet, trabajando con un canal simple de para dos formas de pie: la de un robot y la de un humaca muy eficaz, ampliamente comunicación. Este canal es usado para cambiar o ajustar no. explicada en el trabajo de los parámetros de los dispositivos de control y/o de la M. Vukobratovic y B. Borolav, investigadores inventores de planta. Sin embargo, los efectos de estos cambios depenFigura 1. Estudio comparativo entre laboratorios la técnica que lleva el nombre de punto de momento cero derán únicamente de lo que suceda en la capa del serviin situ y remotos. o ZMP (del inglés “zero moment point”) [1,2], que es la que dor. César Guerra Torres actualmente se aplica en la mayoría de los robots bípedos Centro de Innovación, Entonces, tomando como referencia la figura 1, en este Investigación y hasta ahora construidos. La figura 2.B muestra un esquema de tele-control metrabajo se introduce una plataforma llamada Tele-opDoctorenJ. Antonio Desarrollo Lo sorprendente es que nosotros, los seres humanos, Rojas Estrada Figurade comunicación 3. Polígono de Ingeniería diante la Internet, en la cual dos canales ción, la cual ofrece una alternativa para el uso de laboInstituto Tecnológico nos regimos por esta técnica, pero de manera inconssustentación para apoyo y Tecnología son requeridos (sistema en lazo cerrado), i.e. el camino ratorios remotos para la enseñanza y la investigación de Nuevo León Universidad Autónoma simple ciente (la aplicamos desde el momento en que aprendePosgrado de Nuevo Leónen Ingeniería de transmisión Ch1 y el camino de retroalimentación Ch2. en robótica, usando los esquemas de tele-presencia: teleMecatrónica mos a caminar). Dicha técnica consiste en encontrar un cguerratorres@gmail. Existen diferentes interpretaciones acerca del concepto operación, tele-control y tele-programación. com jarojas2001@ punto en la superficie de contacto del pie con el suelo, yahoo.com.mx exploración de campos petroleros submarinos. Además, se tienen otras áreas, como limpieza de desechos tóxicos, aplicaciones médicas, como el tele-diagnóstico y la telecirugía, o la explotación de minas. Otras áreas muy atractivas e interesantes se desarrollan actualmente, como el control de aviones, de automóviles y de trenes, por mencionar algunas.

Técnicas de equilibrio en robots bípedos

L

26

46

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

la paciente y en una movilidad más temprana después de de tele-programación. Una de ellas está relacionada con usando el servidor serial (RS232 Server), ii) usando los serla cirugía. la idea de extender la distancia entre el programador de vicios WinSock y, ii) usando la interacción entre PHP script, Las pacientes no sufren incisión en el abdomen, sino software y el microcontrolador o el tablero de control. La la librería DLL y los servicios WinSock en el segundo nivel cuatro punturas de menos de un centrímetro, lo cual tamotra está relacionada con el uso de dos sistemas, uno lla- del esquema. bién se traduce en menos dolor. Si el servidor serial es utilizado, entonces el puerto semado maestro y el otro esclavo, separados por un canal de En nuestra experiencia con las primeras 150 cirugías comunicación. En [20], los métodos de tele-programación rial de la plataforma es compartido, a fin de establecer la robóticas no tuvimos ninguna infección seria como resulcomunicación remota con el hardware del laboratorio. están basados en la tele-operación. tado del procedimiento. Se presentaron algunas infecciones urinarias debido a la presencia del catéter en la vejiga FORMA OPERACIONAL DE LA PLATAFORMA 2. ESQUEMA BASADO (lo cual es muy frecuente en cualquier tipo de cirugía). Cuando se desea utilizar los servicios de programación EN PROGRAMACIÓN MULTICAPA El 90 por ciento de las pacientes tienen una estancia Introduciremos ahora una descripción del software uti- remota, el esquema de la figura 3 abre un canal de comuhospitalaria de menos de 24 horas. Las hacemos comer lizado para el diseño de la plataforma de control remoto nicación con el fin de compartir los servicios de comuniuna dieta normal tan pronto como despiertan de la anescación serial (RS232), y realizar la programación remota. de equipos a través de la Internet. tesia. Son dadas de alta sólo con analgésicos por via oral, y Si se desea utilizar los servicios de control remoto, por lo general regresan al trabajo o a sus actividades norentonces el esquema mostrado en la figura 3 abre más males en un periodo de aproximadamente dos semanas. En la figura 3 se opciones de comunicación. La primera opción es similar muestra la arquitec- al método de programación remota; sin embargo, en este EL ENTRENAMIENTO tura del software pro- caso el tablero de control y el equipo (robot) están sepaNi son todos los que están, ni están todos los que son. puesto, el cual es más rados. La cirugía robótica no es para todos los pacientes ni para La segunda alternativa de control remoto es mediante efectivo que los estodos los cirujanos. Existen aún muchas limitantes, tanto quemas aplicados de el uso del WinSock, la cual es similar al método anterior, en la tecnología como en las aplicaciones anatómicas de tele-presencia clásico, pero en este caso el intercambio de información se realiza estos procedimientos. puesto que permite la por módulos de programación en WinSock. Aquí es neEsta tecnología se puede aplicar hoy en día solamente interacción entre dife- cesario conocer los comandos del controlador con el fin en especialidades como cirugía general, cirugía cardiorentes elementos de de enviar la información a través de Internet al modulo torácica, urología, ginecología y cirugía pediátrica. HW y SW, lo que hace WinSock, y entonces este último enviará la información Otras especialidades aún no se han beneficiado de esta Figura 3. Arquitectura multicapa propuesta. posible trabajar bajo correspondiente al hardware. innovativa técnica; sin embargo, se sigue investigando en La tercera opción de control remoto es cuando el eslos tres esquemas de nueva instrumentacion para poder ofrecer este beneficio a tele-presencia, i.e. tele-operación + tele-control + tele-pro- quema permite el acceso al control del hardware, usanotras especialidades. do una página Web, donde el usuario hace el trabajo del gramación. La mejor inversión que podemos hacer actualmente es La capa de alto nivel corresponde a la del servidor controlador. En este caso, el esquema de la figura 3 recibe la de entrenar residentes en cirugía laparoscópica convenHTTP, servicios WinSock, servidor Webcam y el servidor de los comandos del usuario por medio de la página Web y cional (a falta de la disponibilidad de un sistema robótico). comunicación serial RS232. El segundo nivel del esquema los envía a algún script del PHP. Este último reenvía los Se ha comprobado que aquellos cirujanos que han sido enestá implementado por módulos de PHP script, librerías comandos al software correspondiente de control, que se trenados en laparoscopía durante su especialización, reDLL y los servicios de la base de datos. Todos los servicios encuentra en la misma plataforma. quieren menos tiempo para entrenarse en cirugía robótica Finalmente, en la operación remota, los esquemas pueden ser compartidos por un servidor tipo VNC. que aquéllos que no lo hicieron. Esta distribución de software presenta grandes venta- pueden ser compartidos usando un servidor VNC (Virtual Los cirujanos acostumbrados a grandes incisiones abjas, entre las cuales se puede mencionar la seguridad en la Network Computer), el cual es un protocolo de comunidominales, y quienes fueron siempre renuentes a adoptar plataforma, y que ofrece varias opciones para transmitir la cación basado en el protocolo RFB. Éste permite el acceso técnicas de cirugía micro-invasiva, son los que se enfrenremoto del “escritorio de otra computadora” localizada en información hacia el hardware. tan a una curva de aprendizaje más difícil cuando se deCapa de Presentación. En el servidor HTTP está en la la Web. El protocolo VNC transmite el teclado y los eventos ciden a adoptar la cirugía robótica. capa de presentación. Esta capa contiene varias páginas del mouse de una computadora a otra, transmitiendo la Sucede como en el caso de las computadoras: cuando pantalla gráfica actualizada en otra dirección en la red. Web con información de los servicios de la plataforma. un niño es entrenado desde temprana edad en su uso, Capa Lógica. En esta capa se tiene la capa de progranunca tendrá las mismas dificultades que aquél que demación. Tres lenguajes de programación son usados en la 3. IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO cidió aprender computación en edad adulta. plataforma: PHP, VBasic y SQL. En esta capa interactúan En esta sección, se presenta la arquitectura de un laboratolos bloques: i) “PHP scripts” (los cuales contienen varios rio remoto usado en sistemas de control y robótica. Esta CONCLUSIÓN: programas en PHP), ii) el bloque de base de datos MySql y, estructura se muestra en la figura 4. La cirugía con asistencia de un robot es un concepto viejo Computadora A. Permite establecer una comunicación iii) el bloque de las librerías DLL (diseñadas en VBasic). y nuevo al mismo tiempo; antes la soñábamos, y hoy conCapa de base de datos. La capa de base de datos con- textual y oral entre un usuario local y el remoto, de modo tamos con ella. tiene información de la plataforma, i.e. la lista de usuarios, que esta computadora proporciona una ayuda en línea y ma y pérdida sanguínea. Éstas son algunas de las mayores logbook. La capa Lógica y la capa de base de datos confor- utiliza los siguientes paquetes de software gratuitos: Depende de nosotros, como cirujanos, el establecer e ventajas de este tipo de cirugía. •Messenger: Comunicación de Texto y Webcam. man el esquema de seguridad de la plataforma. Gracias a impulsar técnicas quirúrgicas que beneficien a nuestros •Skype: Comunicación, Telefonía IP y videoconferenesto es posible usar las restricciones proporcionadas por pacientes y que les permitan tener sus padecimientos reMÍNIMA PÉRDIDA SANGUÍNEA un script de PH, la cual permite el uso de la plataforma cias. El manejo de los tejidos es muy delicado, lo cual se tra- sueltos con un mínimo de dolor y con una rápida recupeComputadora B. Tiene la tarea de compartir varios resolamente si el usuario tiene la autorización. En este caso, duce en menor dolor posoperatorio. La pérdida sanguínea ración. Después de todo, estamos en el siglo XXI; es tiemcursos a través de la Internet. La arquitectura propuesta PHP interactúa con MySql a fin de validar al usuario. es mínima, usualmente de 30 mililitros en promedio para po de actuar como una sociedad avanzada y de explotar al Capa de comunicación. La plataforma proporciona está instalada en esta computadora. Aquí se encuentra insuna histerectomía, lo cual resulta en menor debilidad de máximo la tecnología para el beneficio de la humanidad. diferentes caminos de comunicación con el hardware: i) talado el siguiente software:

CONOCIMIENTO

ROBÓTICA

•Matlab/Simulink es usado generalmente para el control de sistemas dinámicos. •ControlDesk, herramienta gráfica para controlar en tiempo real los equipos. •UltraVNC Server, software perteneciente a la familia de los VNC. •LogmeIN, servidor VNC. •TCPComm,l servidor de comunicación serial RS232 que permite compartir los puertos de comunicación serial de la computadora. El puerto de comunicación serial es usado comúnmente como medio de comunicación de la PC y los equipos. •WebcamXP, servidor de imágenes de las webcams. Éstas pueden mostrar los detalles funcionales de los equipos. Computadora C. Tiene una interfaz con la tarjeta de adquisición de datos (DAQ) y a manera de seguridad no comparte ningún recurso en la Internet. Esta computadora es usada sólo para compartir la información con la computadora B a través de control remoto. Además, esta computadora protege el acceso a la plataforma (robot) a fin de evitar daños causados por usuarios no autorizados.

Figura 4. Esquema del laboratorio remoto.

4. PLATAFORMA EXPERIMENTAL PARA LA ENSEÑANZA DE LA ROBÓTICA En el campo de la enseñanza donde se requiere de procedimientos experimentales para reafirmar los conocimientos adquiridos, los laboratorios remotos presentan algunas ventajas con respecto a los laboratorios presenciales. A continuación mostramos algunas diferencias entre laboratorio remoto y laboratorio presencial: Horarios flexibles vs. horarios restringidos. Experimentación individual vs. experimentación grupal. Acceso desde cualquier computadora vs. acceso sólo al laboratorio. El autoaprendizaje del estudiante es fomentado. El estudiante puede auxiliarse de otro medio educativo, como documentación vía Internet, simulaciones, software, etcétera. El estudiante es motivado cuando está viendo los resultados experimentales y comprobando las teorías aprendidas en el salón de clases con resultados reales. Ahora presentamos una aplicación de la arquitectura propuesta para el control de robots a distancia utilizando

47

la Internet. Vale la pena mencionar que esta arquitectura permite a un usuario remoto acceder a los servicios de control, programación y operación de robots localizados en el laboratorio de Mecatrónica del CIIDIT en Monterrey, México (ver figura 5). Tele-programación. Aquí el estudiante utiliza el lenguaje de programación BASIC a fin de programar un microcontrolador llamado PICAXE. En esta plataforma, el estudiante puede usar las instrucciones básicas para programar los servomotores del robot como lo son: servo, goto, serin, serout, pause, if, for Además, el estudiante puede programar el microcontrolador PICAXE haciendo uso de diagramas de flujos del método de programación. El diagrama de flujo es un excelente medio pedagógico, ya que el software muestra una vista panorámica y gráfica de la secuencia de programación. Tele-control. La plataforma permite compartir los recursos del bloque DLL’s del esquema de la figura 3, de modo que el estudiante puede diseñar sus propios programas en VBasic, C, Matlab u otro lenguaje para controlar el robot. En la opción telecontrol, el estudiante puede diseñar y probar sus algoritmos usando para ello el software de simulación en modo local; si la capacidad de la red es adecuada y el retraso en las señales no afecta la estabilidad de los sistemas, entonces se puede probar en línea con el robot. Tele-operación. Esta plataforma ofrece los servicios de tele-operación a los estudiantes, que los pueden utilizar en forma remota. En este caso la plataforma comparte los servicios de tele-operación usando los servicios de Skype y logmeIn. La figura 9 muestra el esquema de acceso remoto del robot hexápodo, mientras que la figura 10 muestra un “screenshot” correspondiente a un experimento desde las instalaciones de laboratorios de IRCCyN, en Nantes, Francia.

Figura 5. Esquema del laboratorio remoto en el Laboratorio de Mecatrónica del CIIDIT.

En la figura 6 se muestran las imágenes del entorno del robot, donde una cámara ha sido colocada sobre el robot hexápodo, como se puede apreciar en la imagen superior izquierda de la figura 10. Por otro lado, para ayudar al operador, se colocó una cámara externa que muestra al robot y su entorno como se aprecia en la imagen superior derecha de la misma figura.

24

48

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

el herido, un cirujano experto y a larga distancia estabiliJapón, se piensa que superarán las obtenidas por la inzaría al enfermo lo suficiente para sacarlo de un estado dustria automotriz de dicho país en los años por venir. crítico y para que pudiera ser trasladado tras las líneas y Por tal motivo, y tomando en cuenta la importancia asi poder completar el manejo. de este campo de la ingeniería, será necesario desarrollar En teoría, este sistema suena idóneo; pero, en la prácnueva infraestructura para la enseñanza y la formación tica no lo fue tanto. Resulta que el sistema inventado dede recursos humanos, que integre en la sociedad y en los pende íntimamente de la cirugía laparoscópica, y sólo centros de producción, las nuevas tecnologías que se depodía ser utilizado en lesiones intra-abdominales, en sarrollarán dentro del campo de la robótica. donde la laparoscopía podÍa ser usada. En este trabajo se presentó una arquitectura desarroLas lesiones que sufren los soldados son muy variallada para el tele-control y la tele-programación, la cual das, y no siempre en el abdomen, por lo que el sistema ha sido aplicada en la operación de un robot hexápodo robótico tendría muchas limitantes. controlado desde el IRCCyN, de Nantes, Francia, y situaMientras la idea original del sistema robótico fue odo en el CIIDIT, Apodaca, México. Esta arquitectura ha rientada al campo de batalla, las posibles aplicaciones copermitido la integración fácil de hardware y de software, y merciales fueron de más peso, y el proyecto fue abandoofrece una excelente herramienta para la experimentación nado. Posteriormente fue otorgado a la compañía Intuitive remota y de tele-presencia. Surgical. Nuevas áreas de aplicación y de investigación se están desarrollando gracias a estos nuevos esquemas de LA COMPAÑÍA tele-presencia. La tele-robótica es una área que se está Intuitive Surgical fue fundada en 1995, y en enero de 1999 desarrollando rápidamente gracias a la red de Internet, y fue lanzado el sistema “Da Vinci”. Fue el primer sistema permite a muchos usuarios tener acceso a equipos o platarobótico de cirugía aprobado por la FDA (Food and Drug Figura 6. Acceso remoto desde IRCCyN, Francia formas experimentales importantes para la enseñanza y/o Administration) para cirugía laparoscópica en el área de la investigación. cirugía general. En la parte inferior izquierda se muestran las computaEn los años siguientes, la FDA aprobó el sistema “Da (Pars Secunda) doras del lado del servidor, mientras que a su lado dere- AGRADECIMIENTOS Vinci” para cirugía torácica y para procedimientos de Este trabajo fue realizado bajo el financiamiento de la SEPcho seSabella, muestran los comandos para el control del robot. Vincenzo M.D. urología. Los procedimientos ginecológicos fueron aproCONACYT, ECOS-NORD, PAICYT-UANL. bados en agosto de 2005. En la figura 7 se muestra la plataforma de control reEn junio de 2000, Intuitive Surgical lanzó su primera a en una publicación anterior de Conocimiento se moto desde el IRCCyN a diferentes momentos de la teleexpuso algo de lo que es la cirugía robótica en el oferta pública al mercado de valores (Nasdaq: ISRG), y en operación. área de ginecología. En este nuevo escrito deseo 2003 la compañía compró a su principal competidor, Comexponer un poco más sobre la tecnología involucrada en puter Motion, que resultó la única compañía en el mundo A. ofrecer Baccigalup, C. De Capua, Liccardo, “Overview on Development sistemas de A. cirugía asistida por robot. este tipo de cirugía, que de seguro vendrá a revolucionar capaz1.de of Remote Teaching Laboratories: from LabVIEW to Web Services”, IMTC Actualmente hay más de 860 robots quirúrgicos la medicina y sentará un precedente para futuras mejoras 2006, Instrumentation and Measurement Technology Conference, en Sorrento, Italy, pp. 24-27, April 20006. el mundo, y la compañia tiene en su haber más de 800 paen el manejo quirúrgico de nuestras pacientes. 2. Deborah A. Miele, Benjamin Potsaid, Jhon T. Wen, “An InternetRemote Laboratory for Control Education”, IMTC 2005, tentesbased internacionales relacionadas con esta tecnología. Instrumentation and Proceedings of the American Control Conference, Con oficinas principales en Sunnyvale, California, InLOS ORÍGENES Arlington, VA, June 25-27, 2001. 3. E. Garcia Cecilia, Ricardo Carelli, José F. Postigo, Carlos Soria, Surgical Control tiene for más de 650 empleados en todo el En los años 80, el ejército de los Estados Unidos se em- tuitive“Supervisory a Telerobotic System: a Hybrid Control Approach”, Engineering Practice 11, pp. 805-817, 2003. y una Control liquidez de más de 448 millones de dolabarcó en un proyecto de cirugía a larga distancia. Existía mundo, 4. Franco Davoli, Senior Member, Giuseppe Spano, Stefano Vignola, la necesidad de proteger el bienestar de los cirujanos y res. Sandro Zappatore, “Towards Remote Laboratories With Unified Access”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol 55, No. no exponerlos a los peligros de estar en las cercanías de 5, OCtober 2006. 5. Housheng Hu, Lixiang Yu, Pui Tsui, Quan Zhou, “Internet-based los conflictos. El ejército norteamericano tradicionalmente EL SISTEMA Robotic System for Teleoperation”, International Journal of Assembly Automation, Vol. 21, No. 2003”. es una sofisticada plataquirúrgico “Da2, Vinci” manda cirujanos militares al frente de guerra, en centros El sistema 6. Hyun Chul Cho, Jong Hyeon Parck, “Stable bilateral teleoperation robótica, diseñada para efectuar procedimientos conocidos como MASH (Mobile Army Surgery Hospital), el formaunder time delay using robust impedance control”. Mechatronic, Vol. 15: 611-625, 2005. complejos, mediante la utilización cirugía más famoso de los cuales ha sido el MASH #4077, de la quirúrgicos 7. J. W. Overstreet, A. Tzes, “An Internet-based real-timede control engineeringinvasiva. laboratory”, IEEE control Systems Magazine, 19(5):19-34, mínimamente serie televisiva. 1999. M. Cobby,consiste D. Nicol, T.S. W.A. Sandham, El 8.sistema enDurrani, una consola para“Teaching el cirujano, Sin embargo, estos centros de atención al soldado leelectronic engineering via the Worl Wide Web”, IEEE Colloquium que Based se conecta paciente, con cuatro brazos sionado se encuentran aún hoy en día en lugares muy un robot Computer Learning inalElectronic Education, London, U.K., pp. 7/1-11. Vincenzo Sabella, un sistema en Control tercera cercanos a las líneas de conflicto, por lo cual se incurre interactivos, 9. Meng Wang, James N.K.de Liu,video “Interactive fordimensión, Internet-based M.D. Mobile Robot Teleoperation”, Robotics and Autonomous System 52, pp. con una patente exclusiva llamada Enen la pérdida colateral de personal médico que sucumbe e instrumentos 160-179, 2005. Jefe del Departamento doWrist (endo-muñeca), que fielmente 10. M. J. Callaghan, J. Harking, M.reproduce El Gueddari, ATM McGinnity, los bajo el fuego del enemigo. de Ginecología LP Magure, “Client-Server Architecture for Collaborative Remote movimientos de laProcedings articulación metacarpiana (muñeca) y Obstetricia Experimentation”, of the ICITA 2005, 0-7695-2316-1/05 IEEE. Hospital Saint Lukes remoto Figura 7. Acceso desde IRCCyN, Francia del cirujano. La “EndoWrist” robótica excede la movilidad SISTEMA “DA VINCI” 11. M.J. Finley “Tele-learning: The killer app?”, Guest Editorial, IEEE Instructor de Cirugía Common, Mag, Vol. 37, No 3, pp.80-81. de la muñeca humana, refina los movimientos del A fines de esa misma década, se desarolló el prototipo natural Robótica 12. Ning Xi, T.J. Tarn, “Stability analysis of non time references cirujano y filtra el temblor natural de los movimientos de original del sistema “Da Vinci”, en el Standford Research Internet.based Telerobotic System”, Robotic and Autonomous Systems en Estados Unidos, 5. CONCLUSIONES 32 (2000), pp. 173-178, 2000. con patrocinio las manos. En caso de movimientos bruscos, el robot Institute, bajo contrato de la Armada Estadounidense. 13. Peter F. Hokayen, Mark W. Spong , “Bilateral teleoperation: Anse En los próximos años, la robótica tendrá un impacto muy de Intuitive Surgical historical Automatica 42 (206): 2035-2057 y nosurvey”, permite que haya lesiones no intencionadas El sistema debería incluir un robot que pudiera ser “co- “congela” 14. P.K. Imbrie, Seetha Raghavan, “Work in Progress - A Remote eSan Antonio, Texas importante en la actividad económica de un país. Por menLaboratoryEl forvisor Studenttridimensional Investigation, Manipulation anddetector Learning”, de 35th a los tejidos. tiene un nectado” al herido por un soldado paramédico que esuvievsabella@ ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, Indianapolis, October cionar la importancia de este argumento, las ganancias se viajando con las tropas. Una vez conectado el robot con la atención inshumacher.com 2005. del cirujano en el campo quirúrgico, y en caso económicas de la industria relacionada con robótica en

Cirugía robótica en ginecología

Y

REFERENCIAS

CONOCIMIENTO

ROBÓTICA

49

ViRbot: un sistema para operar robots de servicio Jesús Savage

L

os robots de servicio son sistemas de software y hardware, consistentes en una serie de dispositivos electrónicos y electromecánicos, y que se ubican en ambientes dinámicos y complejos. Todas estas características les dan una cierta autonomía, la cual radica en su capacidad de tomar decisiones a partir de una representación interna del mundo. Así, los robots deben tener dos capacidades básicas: adaptabilidad (para reaccionar en forma oportuna y apropiada a sucesos imprevistos, modificadores de su medio) y determinación (para escoger las acciones apropiadas para lograr sus objetivos). Además, deberán atacar los problemas, tanto los relacionados con la adaptación al medio, como con la determinación para perseguir sus metas de manera eficaz, aplicando procedimientos probados en situaciones rutinarias. La figura 1 muestra el sistema ViRbot, en el cual pueden probarse algoritmos para los robots de servicio. Los módulos de este sistema se describen a continuación:

tres dimensiones en monitores planos de dos dimensiones, permite visualizar diversos robots virtuales, los cuales son una simulación veraz de los reales: pueden aparentar las mismas órdenes, con ligeras variaciones (ver figura 2).

Figura 2. Robot real y robot virtual.

SENSORES Y SIMULADOR El robot cuenta con sensores internos y externos. Los primeros le indican sus propias condiciones; los segundos le sirven para captar su entorno. Cuando se simula una acción con el robot virtual, se recurre a diversos modelos matemáticos para calcular los valores sensados, de manera que reflejen los reales. TAREAS DEL ROBOT E INTERFAZ HOMBRE-ROBOT A lo largo del día, el robot debe realizar diversas tareas, conforme a la hora de su programación. Es muy importante la interacción con los humanos, para que los robots sean capaces de reconocer las órdenes dadas por una persona en forma natural. Por ejemplo, cuando una persona dice: “Robot, tráeme mis zapatos”, éste deberá reconocer cada palabra pronunciada, y el significado global de la oración. Por otra parte, el robot deberá responder con voz sintetizada y agradable. PERCEPCIÓN El Módulo de Percepción obtiene una representación simbólica de los datos que vienen de los sensores, de las tareas del robot y de la interfaz hombre-robot. Con esa representación simbólica se genera una creencia. Ejemplo: en la figura 3, la representación simbólica genera dos postulados dudosos: “o hay un agujero adelante del robot o hay una sombra enfrente de él”.

Figura 1. Sistema para controlar robots móviles ViRbot.

EL AMBIENTE VIRTUAL Una interfaz gráfica de tres dimensiones, la cual utiliza técnicas de graficación para poder representar objetos de

Es otro módulo el que permite a la máquina discernir y optar.

Figura 3. Sombra enfrente de un robot.

Doctor Jesús Savage Departamento de Procesamiento de Señales. Facultad de Ingeniería / UNAM savage@ servidor.unam.mx Ingeniero Fernando Lepe-Casillas Edna Márquez Laboratorio de Proyectos Especiales

22

50

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

Sistemas de visión para robots

EL CARTÓGRAFO Y LA REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO El Cartógrafo es un módulo con mapas del medio ambiente, y se encarga de ubicar al robot dentro de ellos (ver figura 4).

manera parcial problemas específicos, como buscar un objeto, tomarlo, dejarlo en otro lugar, etcétera.

EL PLANEADOR El Planeador intenta alcanzar cada una de las metas, para lo cual consulta al Banco de Procedimientos, escogiendo y Carlos Pfeiffer aquéllos que logran realizar de momento cada reuniendo objetivo. Para ello recurre a técnicas de inteligencia artificial. La inteligencia artificial es un área de las ciencias a vista es sin duda el más complejo de nuestros computacionales encargada de representar acciones insentidos. Nos permite realizar actividades cotidiateligentes, como el manejo de lenguaje natural, la visión, nas, como desplazarnos sin chocar, escoger nuestra la toma de decisiones y el razonamiento, entre otras, en ropa, identificar una fruta madura, manipular herramiensistemas de cómputo. Un robot aparentará inteligencia tas, manejar, reconocer a las personas y objetos con los mientras dichas técnicas se apliquen en forma correcta. que interactuamos. Éstas son sólo unas cuantas entre una posibilidad inmensa de actividades. COMPORTAMIENTOS DE REACCIÓN Cuando hablamos del sentido de la vista, inmediataY SISTEMAS DE CONTROL mente pensamos en los ojos, los órganos que nos permiAnte el conjunto de acciones que debe realizar, el robot ten captar la luz reflejada o producida por los objetos, y registra una serie de comportamientos para evitar obsconvertirla en señales eléctricas que son trasmitidas al cetáculos, o de reacciones ante sucesos no previstos por el rebro. Sin embargo, es precisamente en el cerebro donde Planeador. Algunos de estos comportamientos imitan las Figura 4: Mapa del medio ambiente. se realizan las operaciones más complejas del sentido estrategias de ciertos insectos, como el bordear los objede la vista. El cerebro se encarga de interpretar las señales tos para reconocerlos. eléctricas producidas en las retinas de los ojos, procesarAdemás, se aplican sistemas convencionales de conEn cuanto al módulo de Representación del Conolas y tomar las decisiones adecuadas para realizar las actitrol, lazos de retroalimentación típicos para controlar el cimiento, en él se plasma el conocimiento a través de disvidades mencionadas líneas arriba. funcionamiento de los motores del robot. tintas “reglas causa–efecto”, las cuales complementan la Nuestro sentido de la vista es estéreo o binocular; esto percepción, y “reglas condición–acción”, indicadoras estas es, cada ojo percibe las imágenes desde una posición ligeAPRENDIZAJE últimas de las acciones que se han de desarrollar ante las ramente diferente. El cerebro utiliza la disparidad entre Sin embargo, para poder convivir con los seres humanos, distintas condiciones. ambas imágenes para obtener información tridimensional, un robot tiene que tener dos capacidades más: corregir como relieves, profundidad y distancia relativa a que se sus errores y aprender cosas nuevas. En la actualidad, EL MODELO DEL MUNDO encuentran los objetos. existen varios métodos para que los sistemas artificiales Con la información que le proporcionan los dos móduaprendan, como son los algoritmos genéticos, las redes los anteriores, el módulo Modelo del Mundo se enfrenta VISIÓN ARTIFICIAL Bayesianas y las neuronales artificiales y la programación a varios postulados dudosos, y debe validar o desechar La disciplina conocida como “Visión Artificial” busca consgenética. cada uno. La aceptación o rechazo de algunas de estas truir sistemas basados en la captación y análisis de la enercreencias determinará en el robot la conducta que degía luminosa reflejada por los objetos, para obtener inforberá seguir. mación que nos permita realizar actividades similares a Así, continuando con el ejemplo referente a las creenlas que nos permite el sentido de la vista. Un sistema de cias o hay un agujero adelante del robot o hay una somvisión artificial debe contar con uno o más dispositivos bra enfrente de él, tenemos lo siguiente: ahora el módulo para “adquirir imágenes”, y una computadora u otro disModelo del Mundo pregunta al Cartógrafo si tiene regisDoctor Jesús Savage positivo digital programable, para procesar y analizar la trado un hoyo alrededor de las coordenadas en donde se Edna Márquez imagen, extraer información útil y tomar decisiones. localiza el robot. Fernando Lepe-Casillas En la actualidad, los dispositivos para adquirir las Supongamos como respuesta un NO. Luego, le preimágenes casi siempre consisten en cámaras con elemengunta a Representación del Conocimiento si puede ser una El niño Rodrigo dormía plácidamente, cuando escuchó tos ópticos y mecánicos para captar y enfocar la luz que sombra aquello que está observando. Entonces, éste revisa una voz que suavemente le decía que se tenía que levanproviene de los objetos, y componentes electrónicos que sus reglas y encuentra la que dice que si está atardeciendo, tar. Al principio, pensó que era su mamá la que lo llamaba; la traducen a señales eléctricas que son cuantificadas y es un día claro y hay árboles alrededor, es posible que pero su mamá, por lo regular, no lo levantaba con tanta transformadas en señales digitales. La imagen así formada se genere una sombra enfrente del robot. Con esta inforgentileza. Además, la voz sonaba un poco artificial. es representada como un “mapa de pixeles”, una matriz mación, gracias a la cual el robot valida la creencia de que Recientemente, su familia había adquirido, en el merpara la cual a cada posición de la imagen corresponde inenfrente tiene una sombra, se genera la siguiente acción: cado ambulante que se coloca los domingos cerca de su formación relativa al color e intensidad de la luz captada. proseguir el camino. casa desde hace dos siglos, un robot “pirata”, copia fiel del Estas imágenes son procesadas por la computadora, nuevo modelo TX8, de la compañía Mexican Robots Co., que obtiene la información útil de la imagen para analiACTIVACIÓN DE METAS que todavía incluso no circulaba en el mercado, pero del zarla y tomar decisiones. Y BANCO DE PROCEDIMIENTOS cual ya había copias en toda la ciudad. Dado un dilema reconocido por el Modelo del Mundo, el “Déjame dormir, no me molestes”, le contestó enojado SISTEMAS DE VISIÓN BARATOS módulo de Metas activa un grupo de éstas para poder Rodrigo al robot. En la década más reciente, se ha avanzado mucho en el desresolverlo. El módulo de Banco de Procedimientos cuen“Disculpe que lo moleste, señorito Rodrigo, pero su arrollo de dispositivos de cámaras digitales cada vez más ta con un conjunto de procedimientos para resolver de mamá me dio instrucciones precisas para que estuviera

L

En la actualidad, los dispositivos para adquirir las imágenes casi siempre consisten en cámaras con elementos ópticos y mecánicos para captar y enfocar la luz que proviene de los objetos, y componentes electrónicos que la traducen a señales eléctricas que son cuantificadas y transformadas en señales digitales.

Una escena matutina en 2206 (cuento corto)

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

los objetos, mediante una base de datos recopilada previabaratas y con mayor capacidad en cuanto a resolución, mente con información relevante de los tipos de objetos rapidez y sensibilidad. Esto ha permitido el abaratamiento involucrados. de los sistemas de visión para aplicaciones industriales, El gran éxito de los sistemas de visión en aplicacioque se han convertido en un estándar en la industria de “Su mamá dio órdenes precisas de que no le preparalisto para ir a la escuela antes de las 7 de la mañana, y ya nes industriales se debe a la utilización de “ambientes la manufactura. Actualmente existen sistemas comerciara esa clase de desayuno, porque lo vuelve hiperactivo, y son las 6 con 50 minutos y 10 segundos, y todavía debe controlados”: la posición de la cámara es fija, o puede les de inspección visual para detectar piezas defectuosas, según la información que su honorable madre introdujo bañarse“. cambiarse sólo a un conjunto de posiciones preestaverificar el ensamblado de un circuito, contar piezas, coen mi memoria cuántica, la última vez que usted comió “Robot, te ordeno que te vayas y me dejes dormir”, blecidas; las variaciones de la iluminación son controladas ordinar la operación de maquinaria, identificar el tipo de eso, trató de averiguar el funcionamiento del robot antedijo enérgicamente Rodrigo, levantándose apenas de la para facilitar la adquisición de la imagen; se procura un pieza para su empaque, entre otras operaciones industriarior, lo abrió, conectó mal su módulo cartógrafo y por eso cama, a lo que el Robot contestó: “A pesar de que soy su alto contraste entre los colores de los objetos de interés y les de uso común. cayó por la ventana, y por esta razón estoy yo ahora aquí, robot individual y debo obedecer las órdenes que usted el fondo; los objetos son localizados en un área específica, La mayoría de las aplicaciones industriales actuales para ser su más humilde servidor. Le voy a preparar sus me da, debido a la programación que hizo su mamá en mí, y el sistema tiene información con las características de utilizan visión monocular (una sola cámara), la cual no huevos a la cibernética”. debo obedecerla a ella primero y después a usted. Así que todas las clases de objetos por inspeccionar. permite la construcción de modelos tridimensionales. Sin “No, ésos no”, gritó el niño, “mejor huevos a la mexitiene 30 segundos para levantarse”. embargo, la aplicación de sistemas de visión tridimencan”. En lugar de hacerlo así, Rodrigo se introdujo más adenROBOTS DEL FUTURO sionales con múltiples cámaras y luz estructurada, está El robot fue al cuarto, tendió las sábanas, y se fue a la tro bajo las colchas. La siguiente generación de Sistemas de Visión Artificial creciendo rápidamente. cocina a preparar el desayuno. Después, puso lo que había “Señorito Rodrigo: mi sistema de visión me indica que busca dotar del sentido de la vista a los robots del futuro, Los sistemas de visión artificial también se han converpreparado sobre la mesa y llamó a Rodrigo para que fuera usted ha desaparecido, pero mi sistema de razonamienpara que puedan desempeñar actividades similares a las tido en elementos comunes en aplicaciones domésticas, a desayunar, sin obtener respuesta. Se dirigió al cuarto to me indica que usted en realidad está escondido en la que desarrollamos los humanos, como las mencionadas al desde aplicaciones sencillas como los lectores de códigos del niño, y ¡cuál fue su sorpresa al encontrar a Rodrigo cama; le pido nuevamente que se levante”. principio de este artículo. de barra en los supermercados, hasta aplicaciones más acostado de nuevo en la cama! “Vete”, gritó Rodrigo de nuevo. Como ya habían pasaLa característica principal de estas aplicaciones es que sofisticadas, como las recientes cámaras “inteligentes”. “Señorito Rodrigo, llegaremos tarde a la escuela de do los 30 segundos del plazo que había dado el robot, el ambiente o entorno no está controlado. Por ejemplo, Éstas detectan automáticamente los rostros al tomar fotonuevo. La maestra X10 quiere que seamos puntuales. La éste, haciendo unos movimientos precisos, quitó colchas para una actividad tan cotidiana como manejar un augrafías de personas; adecuan los parámetros de la cámara última vez que llegamos tarde me dio unas descargas elécy sábanas y levantó a Rodrigo, que a pesar de los gritos y tomóvil, las condiciones de iluminación y la posición de para una toma perfecta, y son capaces incluso de detectar tricas como castigo, de las cuales todavía no me recupatadas que daba, no afectaba para nada al robot en sus las cámaras varían fuertemente. Puede haber embotellasi las personas están sonriendo o no. pero”. acciones. mientos, cruce de peatones, señalamientos de tráfico en “Está bien, Robot, me voy a levantar, pero más te vale El robot llegó al baño con Rodrigo a cuestas, y sin que diferentes posiciones, y en ocasiones parcialmente obstruiPROCESAMIENTO DE LA IMAGEN que los huevos a la mexican estén sabrosos”. el niño pudiera dar siquiera un suspiro, le quitó el pijama, dos; objetos desconocidos, desviaciones, etcétera. ¿Cómo ha podido hacerse todo esto? La clave está en el “Claro, estarán deliciosos, solamente que no serán la ropa interior, y lo metió bajo la regadera; luego abrió las La investigación en esta disciplina incluye temas procesamiento de la imagen para extraer características, y huevos a la mexican, sino a la pekinese. Los ingenieros llaves del agua. de Inteligencia Artificial, para poder analizar y tomar en la combinación de métodos matemáticos y heurísticos me diseñaron para guisar ese estilo de huevos a la perfecRodrigo gritó: “el agua está fría”. Sin inmutarse, el rodecisiones con la información obtenida en un entorno utilizados para analizarlas. ción”, contestó orgullosamente el robot. bot le contestó: “no sea chillón, pronto se calentará. Miencambiante. Esto nos permite encontrar información diversa, como, “¡Ahora me doy cuenta!”, exclamó enojado Rodrigo, tras usted se baña, voy a tender su cama y prepararé el Éste es uno de los campos más fascinantes de la Visión por ejemplo, cuántos objetos hay, la posición, orientación “¡Mi Papá lo repitió. Con tal de ahorrar un poco de dinero, desayuno”. Artificial, pero se requieren muchos años más de invesy tamaño relativo de cada uno de ellos; distancias, caracme compró otra vez un robot pirata de baja calidad, en “Por favor, Robot, prepárame el nuevo cereal ciclotrónitigación para lograr un sistema de visión con capacidad terísticas de forma, color, componentes, textura y otras lugar del TX8 original de la compañía Mexican Robots!”. co que anuncian en la holovisión”. apenas remotamente parecida a la de un ser humano. más que pueden ser utilizadas para identificar y clasificar

51

23

Doctor Carlos Pfeiffer Catedrático e Investigador Departamento de Ciencias Computacionales / ITESM carlos.pfeiffer @gmail.com

20

52

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

Empleo, robótica e innovación tecnológica Arquitectura Nodriza de robots heterogéneos móviles Gustavo Alarcón Martínez

L

a robótica es un componente esencial de la llamada valor agregado, adquiere especial importancia la estructuNueva Economía. Se trata de un campo multidisci- ración de la oferta de personal profesional y técnico. plinario que tiene un número creciente de aplicacioJosé Luis Gordillo | Jorge Humberto Moreno Scott nes en escenarios tan diversos como la industria, la salud, SITUACIÓN DE NUEVO LEÓN la educación e incluso en ciertos aspectos económicos y Ante la percepción de que en Nuevo León podrían estar generándose desequilibrios importantes en el mercado de sociales. ebido a la diversidad de tareas que actualmente robots simples hace el trabajo más ligero. Estos sistemas Algunos enfoques simplistas la han visto –igual que trabajo de este tipo de personal, en el sentido de que hase realizan con robots, una tendencia general ha proporcionan ventajas como redundancia, flexibilidad, han sido consideradas en su momento muchas otras in- bría exceso de unos profesionales y escasez de otros, o de sido desarrollar aparatos más complejos, con ha- tolerancia a fallas, solución distribuida de las tareas, connovaciones-, como una amenaza al empleo, porque tiende que habría demasiados profesionales y faltarían técnicos, bilidades y herramental cada vez más sofisticados para junción de habilidades diversas, entre otras. a sustituir, las más de las veces con mucha ventaja, el tra- en 2007, por iniciativa del Consejo para la Planeación del dichas actividades. Como resultado, los robots espeEn contraparte, los sistemas con múltiples robots prebajo desarrollado por el personal de los establecimientos Mercado Laboral y la Formación Académica para el Tracializados son cada vez más complicados e inaccesibles sentan dificultades en su implementación. Este tipo de productivos (recuérdese, por ejemplo, a los bajo, se llevó a cabo el estudio Requerimientos de Profeeconómicamente. aplicaciones en la Robótica tiene usos muy importantes luditas, en los albores de la Revolución In- sionales y Técnicos en Nuevo León. El estudio se realizó Existen aplicaciones que exigen la intervención e innovadores; por ejemplo, misiones de búsqueda y resdustrial, en Inglaterra, que destruían las con dos propósitos: de robots con características y habilidades diver- cate, recolección de basura y materiales tóxicos, misiones máquinas porque consideraban que sussas, muchas veces contradictorias, las cuales resultan de reconocimiento y construcción de mapas, levantamientituían a la mano de obra en las fábricas Elaborar un diagnóstico sobre las tendencias de la difíciles de encontrar en un solo robot. Como ejem- to de minas antipersonales, transporte de materiales, etcéoferta y la demanda de profesionales y técnicos, de las y ocasionaban desempleo). plo de estas aplicaciones, tenemos: misiones de res- tera. Lo cierto es que las innovaciones principales ocupaciones y disciplinas, e identificar sus cate, seguridad y vigilancia; desactivación de minas En la naturaleza, el concepto de nodriza se refiere no han cesado; últimamente se principales competencias laborales, a fin de orientar su antipersonales, transporte y manipulación de materiales a quien provee recursos o algún servicio. Con base ha acelerado el ritmo de su de- formación, en un horizonte de mediano plazo. en la industria, etcétera. en el concepto nodriza y su aplicación en la Robótisarrollo y aplicación, y el empleo Determinar las ocupaciones más demandadas por los El presente trabajo propone una Arquitectu- ca, surge la motivación para el desarrollo de este trasigue creciendo, tanto en escala sectores prioritarios de la economía del estado, así ra Nodriza, de robots heterogéneos móviles, para bajo, donde se establecerán los elementos básicos que local como mundial. Son más los como las disciplinas profesionales y técnicas asociadas a la solución de una tarea. En la Arquitectura No- caracterizan una Arquitectura Nodriza de robots, así empleos que se generan en las cada una de ellas. Estos sectores comprenden el automodriza existen dos tipos de robots: \emph{nodriza} y como la estructura de esta arquitectura y su implementación actividades de investigación y triz y aeroespacial, electrodomésticos, metalmecánica, \emph{cría}. El robot nodriza suministra transporte rá- en un experimento práctico que explote sus características. desarrollo de la innovación tec- tecnologías de la información y las comunicaciones, y pido y potente, referencia espacial, energía y supervisión. nológica, inclui-da la robótica, servicios médicos especializados. En contraparte, el robot cría proporciona acceso a lugares y en la creación y producción difíciles, y puede contar con habilidades diversas. Ambos de nuevos satisfactores, que PERÍODO 1994-2007 robots, en trabajo de equipo, son capaces de desarrollar los que desplaza la aplicación Respecto del primer objetivo, las cuantificaciones correstareas que por separado no podrían; de ahí las ventajas de de nuevas técnicas de produc- pondientes se elaboraron a partir de las bases de datos la Arquitectura Nodriza. ción en los distintos sectores de de la Encuesta Nacional de Empleo (ENE), la Encuesta Nacional de Empleo Urbano (ENEU), y la Encuesta Nacional la actividad económica. INTRODUCCIÓN de Ocupación y Empleo (ENOE), del Instituto Nacional de Existen diversidad de tareEstadística, Geografía e Informática. Con estas tres fuenLA ROBÓTICA as que son del interés de la tes se cubrió el período 1994-2007, y ello permitió hacer EN LA TECNOLOGÍA MODERNA Robótica, en las cuales las Además, la robótica, como rama de la tecnología moder- proyecciones para los años 2008-12. condiciones de trabajo no Para identificar las unidades de competencias labona, no se limita al diseño y construcción de aparatos que son aptas para los humanos. realizan actividades capaces de desempeñar un trabajo rales correspondientes a cada carrera profesional y espeEstas condiciones pueden ser repetitivo, que podrían reemplazar trabajadores; se rela- cialidad técnica, se recurrió a sistemas de calificaciones altas temperaturas, humedad ciona también con la realización de tareas en ambientes de México (generados por el Sistema de Normalización de excesiva, materiales tóxicos, Arquitectura Nodriza en los que una persona no podría -o en todo caso sería Competencias Laborales, coordinado por el CONOCER) y ausencia de aire, peligro de derrumbe y una extensa canmuy peligroso-, llevarlas a cabo; o en labores en las que la de otros países. tidad de situaciones en que los humanos que participan En relación con el segundo objetivo, la información se precisión requerida está fuera de las posibilidades humaponen en riesgo su vida. Algunas de estas aplicaciones re- PROVEEDORES nas. Lo que sí resulta importante para que el empleo y la obtuvo mediante una investigación directa en los sectoquieren robots con características y habilidades diversas, Y RECEPTORES DE SERVICIOS productividad de la fuerza de trabajo no se vean afectados res seleccionados, apoyada en los agrupamientos indushasta contradictorias. La arquitectura se plantea con enfoque basado en el por la utilización de robots y, en general, por la innovación triales y de servicios (clusters) que se han constituido Debido a ello, una tendencia ha sido la de construir suministro de servicios entre los robots, en el cual exisDoctor Josétecnológica, ya sea como creadora de nuevos procesos en Nuevo León. Se identificó la estructura ocupacional de dispositivos cada vez más complejos; como consecuen- te un robot proveedor de servicios y un robot reLuis Gordillo productivos o de nuevos bienes y servicios, es adecuar la los sectores, considerando las ocupaciones de profesionaProfesor cia, han resultado robots más especializados, sofistica- ceptor. La relación proveedor-receptor es explotada les y técnicos, más demandadas. Se obtuvo, asimismo, la Investigadorestructura de oferta de personal a los requerimientos y de un elevado costo. Por tal motivo, surge en la por la arquitectura para la solución de tareas, bajo CentroGustavo de Sistemasquedos Doctor plantea la propia innovación; en particular, a las información correspondiente a las competencias laborales Robótica la tendencia a construir sistemas con múltiples un esquema de colaboración en que se imita la relación Alarcón Martínez Inteligentes necesidades de recursos humanos que implica la Nueva estratégicas. Presidente del Consejo Tecnológico robots que cubran una multiplicidad de tareas, que serían nodriza-cría, presente en la naturaleza. de Relaciones Laborales En el estudio se analizó el caso de 14 carreras profede MonterreyEconomía. Dado que las actividades que ésta involucra de imposible o de sumamente compleja ejecución para En la arquitectura existen dos tipos de robots: la noy Productividad Gobierno jlgordillo@frecuentemente sionales (incluidas dos del nivel de técnico superior uniconllevan procesos productivos de alto de Nuevo León itesm.mx ser resueltas por un solo robot. La coordinación de varios driza y la cría. La nodriza es capaz de suministrar trans

D

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

53

21

bots, que se traduce a través de la interfaz y el módulo porte rápido y potente, energía, referencia espacial, versitario) y cinco especialidades técnicas de nivel medio de Control Maestro. Estos componentes se describen a etcétera. El robot cría, más pequeño que la nodriza, prosuperior. Para cada una se examinó la evolución del grado continuación: porciona acceso a lugares difíciles, y cuenta con habilide ocupación (es decir, la proporción de personas de una dades diversas. disciplina determinada que estaba ocupada) y del nivel de RÉPLICA DE LA NATURALEZA La Arquitectura Nodriza explota el principio de esingreso. El robot nodriza provee servicios y recursos. Funciona calamiento, el cual permite que la cría sea a la vez Si en una carrera se observaba que el grado de ocucomo supervisor del robot cría, y es capaz de proporcionodriza de su propia cría. Dicho escalamiento perpación o del ingreso, o de ambos, era alto y creciente, se nar transporte con rapidez y potencia; referencia espacial, mite utilizar los mismos métodos en ambos robots, podía inferir que esa carrera o especialidad enfrentaba energía, comunicación, supervisión, entre otros. Como para resolver los problemas equivalentes, respecto al una demanda fuerte en el mercado y viceversa. proveedor de servicios, la nodriza es de dimensiones maseguimiento de trayectorias pero en diferente escala. La yores a la cría, tal como sucede en la naturaleza. Arquitectura Nodriza postula niveles jerárquicos para la EVOLUCIÓN DE LA MATRÍCULA El robot cría es pequeño, receptor de los servicios y distribución de funciones y servicios; los robots de niveles Se analizó, asimismo, la evolución de la matrícula de las recursos de la nodriza, los cuales aprovecha para complemás altos son proveedores de servicios y recursos a los carreras y especialidades seleccionadas, como un indicamentarlos con sus habilidades. Se capacita al conjunto robots de niveles inferiores. dor de su correspondiente oferta. La comparación del nodriza-cría para realizar tareas más complejas e inalLa interacción entre la nodriza y la cría implica grado de ocupación y la matrícula permitió identificar la canzables para ambos tipos de robots individualmente. otros elementos, además del servicio de transporte o presencia de brechas entre la oferta y la demanda y cuanInterfaz es el conjunto de herramientas o dispositisuministro de energía; existe un conjunto de servicios Grafica 1. tificarlas. vos de tipo mecánico, electrónico y de programación, y recursos que son intercambiados entre los robots. La gráfica 1 muestra el tipo de resultados que se pueque permiten la interacción entre los robots y hacen poEstos servicios y recursos son: sensado-percepción, SÍNTESIS DE LAS CONCLUSIONES OBTENIDAS den obtener a partir de los hallazgos del estudio; en este sible el intercambio de recursos y servicios, a lo largo de energía, transporte, comunicación, procesamiento, conEN RELACIÓN CON CARRERAS PROFESIONALES caso, para las carreras que demanda principalmente el los niveles de la jerarquía. trol y referencia espacial. Con base en las características SELECCIONADAS1 sector de tecnologías de la información y las comunicacioEl Control Maestro funciona como supervisor gede los robots, del ambiente y de la forma de suministro nes, una de las más dinámicas en el estado. neral, e interactúa con los sistemas de es comunicación, de recursos y servicios, existen tres tipos básicos de conLa percepción que existe aún un déficit relativo de ingenieros civiles. Como se puede ver, en 2007-12 la ocupación de estos Como la matrícula crece rápidamente, en los próximos años se eliminará Ingeniería Civil supervisión y planeación; controla las acciones de los figuraciones de la Arquitectura Nodriza: Centralizada, Disel desequilibrio en el mercado laboral. Es importante observar la profesionales crecerá en casi 69 por ciento, mientras que evolución de la proporción de ocupados y el ingreso para evitar que de Construcción robots y por medio del sistema de comunicación, y recibe tribuida y en Cascada. Un cuarto tipo es la arquitectura una situación de déficit se pase a una de excedente. la matrícula lo hará solamente en 39 por ciento. Se aprecia retroalimentación del ambiente y de las acciones efectuamixta, que se origina de la mezcla de características de las una brecha entre la oferta y la demanda, que se irá amEn este mercado laboral coexisten un excedente de especialistas con das porIngeniería los robots a través del sistema de relacionadas supervisión. arquitecturas básicas. competencias con El la administración y operación de pliando gradualmente. (con ingresos reducidos), con un déficit de especialistas con controlComputación maestro incluye tambiénsistemas la planeación de la tarea competencias tales como las referidas al desarrollo de software. Es importante las competencias laborales que demanda el y la distribución de las actividades, según identificar sea la configuROBOTS MARSUPIALES e Informática mercado y ajustar, en función de ello, el contenido de esta carrera y MEDIDAS NECESARIAS fomentar con intensidad la matrícula. ración del sistema. Existen algunos antecedentes en el estudio e investigación Si no se ponen en práctica medidas para incrementar la La arquitectura se estructura en función de la aplide sistemas de robots llamados marsupiales. Toman el El comportamiento del empleo y de la matrícula indica que en los siguientes años se podrán observar incrementos en el ingreso. oferta, mediante la ampliación de la matrícula; la actuacación Ingeniería en curso yElectrónica de los recursos disponibles para ello. nombre de los marsupiales como el kanguro, los cuales Como la matrícula en ingeniería electrónica está disminuyendo, hay lización de profesionales de estas disciplinas o la recontendencia al déficit. Es conveniente estimular el crecimiento de la Las características fundamentales de la arquitectura son: cargan en una bolsa a sus crías. El laboratorio de propulmatrícula. versión de profesionales de disciplinas afines, se corre el modularidad definida por jerarquías y escalamiento, las sión de la NASA es uno de los institutos que actualmente Los ingenieros industriales registran un elevado grado de ocupación, riesgo de enfrentar un cuello de botella que podría despero su ingreso no es suficientemente atractivo en comparación con cuales se describen a continuación. está expandiendo su trabajo con los “rovers”’ y el proyecto otras profesiones. Ello puede deberse a que sus competencias ya no son plazar la instalación de empresas de este sector a otras las que demanda el mercado. Ingeniería Industrial FIDO, en el uso robots marsupiales. Si se desea mejorar el ingreso de estos profesionistas y fomentar la regiones del país o del mundo. matrícula, es preciso ajustar el contenido de la carrera a las necesidades La Universidad del Sur de California ha construido del mercado. un sistema marsupial, el cual consiste en un helicóptero El cuadro 1 ilustra el tipo de conclusiones específicas Los ingenieros mecánicos y eléctricos registran un alto nivel de que carga un carro de control remoto, el cual trabaja en ocupación, pero su ingreso es similar al promedio de las otras Ingeniería Mecánica obtenidas con el estudio, para un número seleccionado de profesiones y crece lentamente. Ello significa que las competencias que misiones de búsqueda y reconocimiento, y permite a los tienen no necesariamente son las que demanda el mercado (por ejemplo, y Eléctrica disciplinas profesionales. hacia la electrónica, automatización, robótica, sistemas de información operadores del sistema perseguir algún sospechoso, aun y software). y cuando se haya ocultado a la vista aérea. La UniversiESTAMOS A TIEMPO Cuadro 1 dad de Minneapolis propuso el sistema marsupial llamado El hecho de que las proyecciones del estudio se hayan Como podrá observarse, de acuerdo con las recomenRAPTOR, donde el robot madre carga a Gatlin, un expulsarealizado para un horizonte de mediano plazo (2008-12) daciones del estudio, el reto que plantea la acelerada indor tipo arma para los pequeños robots móviles. Entre los permite a las instituciones educativas tomar decisiones novación tecnológica de nuestros días, incluido el decentros de investigación que trabajan sobre robots marsuoportunamente. sarrollo de la robótica y sus aplicaciones, no está en la piales, se encuentra también la compañía iRobot, así como sustitución de la mano de obra, sino en la adecuación el Departamento de Energía de Idaho, el cual cuenta ya con El estudio completo está disponible en la página del de la estructura de nuestro capital humano e intelectual un reciente equipo de robots marsupiales. Consejo de Relaciones Laborales y Productividad, de Nuea los requerimientos de la nueva economía de la cual Con base en el concepto nodriza de la naturaleza, se vo León (www.nl.gob.mx/laboral ). Nuevo León ya participa. propone una arquitectura de robots que explote las características de la relación nodriza-cría, para aplicarlas en el campo de la Robótica. La Arquitectura Nodriza es un arreDIVISIÓN JERÁRQUICA glo de robots heterogéneos, en que colaboran dos tipos de La Arquitectura Nodriza se divide en niveles jerárquicos, Maestro en Ciencias robots: la nodriza y la cría. Es la expresión más simple de con base en la relación de dependencia nodriza-cría, entre Jorge Humberto la Arquitectura Nodriza. los robots; así, quien provee ocupa un nivel superior en Moreno Scott 1 Las carreras aparecen en el cuadro con nombres genéricos, ya que cada institución puede darle un nombre distintoIngeniero de Diseño Tres son los elementos básicos que originan y conforman jerarquía. La nodriza ocupa el primer nivel, y sus crías el en Motorola, Nogales a la que es esencialmente la misma que en otra institución. la Arquitectura Nodriza: los robots nodriza y cría, la relsegundo nivel. Si las crías a su vez son nodrizas de sus jorge.moreno@ ación de suministro de recursos y servicios entre los rorespectivas crías, éstas ocuparán el tercer nivel jerárquico, motorola.com

18

54

ROBÓTICA ROBÓTICA

ARQUITECTURA CENTRALIZADA y así sucesivamente. El Control Maestro, que funciona como supervisor general, donde se lleva a cabo la planeación de la tarea y la distribución de las actividades para cada robot, así como el control de las acciones, ocupa el Nivel Superior o Nivel 0 dentro de la arquitectura. En la figura (1) se muestra la división jerárquica de la ellos deberán identificar las posibles soluciones, diseñararquitectura, donde se indica la relación de los niveles con las, construirlas y probarlas para identificar cuál es la más la potencia y el tamaño del robot. conveniente; pero en ningún momento se les da un plan o La repetición jerárquica del comportamiento de los modelo único para resolver un problema. robots da origen a la existencia de robots cría-nodriza. El Esto motiva que los estudiantes piensen como experrobot cría-nodriza tiene la característica de comportarse tos para poder solucionar el problema propuesto, y utide manera dual: es cría y a la vez nodriza de sus propias licen elementos que despiertan su interés y motivación crías. En la figura (2) se muestra un esquema del concepto por aprender. No se les obliga a mecanizar conceptos general de la Arquitectura Nodriza, en el cual aparecen abstractos sin que sean analizados y observados para su una nodriza, una cría-nodriza y una cría. aplicación práctica; es decir, el estudiante está consciente de su aprendizaje, y es capaz de controlar el ritmo del CONCEPTO GENERAL mismo. DE LA ARQUITECTURA NODRIZA ¿Qué podemos lograr al propiciar el uso de la La interacción entre los robots, así como la asignación y ARQUITECTURA CENTRALIZADA robótica educativa en los planteles de educación ejecución de la tarea están basadas en la división jerárqui- En la Arquitectura Centralizada, el suministro de servicios básica? Mediante una adecuada orientación didáctica en ca. La nodriza siempre inicia la ejecución; luego, sus crías; y recursos está centralizado, puesto que existe un control los planes de estudio, la robótica nos da la oportunidad de después, las crías de las crías; así hasta llegar al último supervisorio central, el cual coordina las acciones de toque los alumnos logren mejores niveles de comprensión, nivel. Los robots que se encuentran en un mismo nivel dos los robots. Bajo este esquema de control, los robots al poner a prueba los conocimientos que han adquirido jerárquico, tienen la posibilidad de trabajar en paralelo, carecen de funciones de control locales. Por tanto, la plaen forma teórica, y al representar en sus construcciones, puesto que no existe la relación de dependencia entre neación, asignación y ejecución de la tarea son efectuamodelos y programaciones, el nivel de asimilación e intedas desde dicho control central. El control central es el ellos. gración de los mismos. conjunto de dispositivos y algoritmos para la toma de decisiones y ejecución de la tarea, el cual radica en el PRINCIPIO DE ESCALAMIENTO IMAGINACIÓN Y CREATIVIDAD El escalamiento en la Arquitectura Nodriza se define como Control Maestro, en el Nivel 0 de la arquitectura. Pero, además, esto da al educando la libertad de utilizar su En este tipo de arquitectura, la comunicación centrala capacidad de disminuir o aumentar las dimensiones imaginación, creatividad, inventiva y conocimientos, para físicas de los robots, conservándose inalterados, en pro- lizada se realiza a través de un solo punto que funciona diseñar y construir modelos que den soluciones prácticas porción a la escala, el comportamiento y métodos de con- como enlace central. La nodriza funciona como transmisor a los retos que se le proponen, y le permiten autoevaluar de la información hacia las crías; la nodriza es el nodo por trol de los robots’. sus propios productos. Por lo tanto, está orientado a esAdriana Elizondo Herrera El escalamiento en la arquitectura origina que el el cual circula la información desde y hacia las crías. timular el pensamiento concreto, el pensamiento abstracLas percepciones de los robots son analizadas e incomportamiento y las funciones básicas de los roa robótica pedagógica o educativa se ha desarrollado to, el pensamiento hipotético y especialmente el pensabots sean similares en cada nivel jerárquico; por tanto, terpretadas en el Control Central. La referencia espacial con el objetivo de generar ambientes de aprendiza- miento lógico. los robots son generalizados y homologados en un es universal, con la cual todos los robots se ubican denEsto, a su vez, permite al estudiante que se apropie je que propicien la construcción de conocimiento “meta-robot’’, que contiene el comportamiento y la tro del espacio de trabajo. en los educandos, y se apoya en el uso adecuado de los de un lenguaje gráfico y de la operación y control de difefuncionalidad generalizados, aunque con capacidades es- La Arquitectura Centralizada cuenta con un módulo de avances científicos y tecnológicos, con una perspectiva rentes variables de manera sincrónica, para desarrollar un pecíficas diferentes. Esta propiedad hace posible la reuti- control central y una referencia espacial única para todos de acercamiento a la solución de problemas, integrando pensamiento sistémico, y construir y evaluar sus propias lización de los mismos métodos de control, supervisión, los robots. Las líneas continuas representan la comunidistintas disciplinas del conocimiento en forma natural estrategias en la adquisición del conocimiento bajo una planeación y seguimiento de trayectorias, en todos los ro- cación entre los robots y control central; las discontinuas (matemáticas, ciencias naturales y experimentales, entre orientación pedagógica. bots participantes en la arquitectura; como consecuencia, representan la interfaz entre los robots. La figura muestra ¿Cuáles han sido los logros más relevantes obteniotras), a través de la manipulación de objetos concretos se simplifica la implementación de la arquitectura en la un esquema de la Arquitectura Centralizada. La arquitecdos de la implementación de la robótica educativa? Sin (robots). tura cuenta con un módulo para la especificación de la práctica. Los ejercicios de simulación con robots nos permiten duda, la introducción de la robótica en los planteles edutarea, la planeación y la asignación. El sistema de control llevar al aula situaciones que de otro modo serían difíciles cativos ha permitido una mejor alfabetización tecnológica central dirige las acciones de todos los robots. TIPOS DE ARQUITECTURA o imposibles de experimentar, y su implementación es de los estudiantes, que los lleva a: Los tipos de arquitectura se definen según las capaciuna muestra directa del enfoque pedagógico construc- 1) Propiciar la construcción del conocimiento, partiendades de los robots, las características del ambiente y ARQUITECTURA DISTRIBUIDA tivista en el aprendizaje, con un marco metodológico do de lo concreto a lo abstracto, y del desarrollo de la la tarea, así como de la forma en la cual se suministran En la Arquitectura Distribuida, cada robot cuenta con sus basado en proyectos, ampliamente difundido en las re- noción causa-efecto. los recursos y servicios. Los tipos básicos de arquitec- propios recursos y con su propio control local. El control cientes reformas educativas en los diferentes niveles de 2) Valorar los avances científicos y tecnológicos, tura son: Centralizada, Distribuida y en Cascada. Las local se conforma del conjunto de algoritmos y disposiasí como su relación con la sociedad y el ambiente. 3) educación básica en nuestro país. arquitecturas antes mencionadas son ideales, por lo cual tivos necesarios que residen en el robot, con los cuales Reflexionar sobre el uso y aplicación de la tecnología es difícil encontrarlas en estado “puro’’ en la práctica; es cada robot es capaz de efectuar acciones que le permiten que los individuos en general hacen, en el marco de su LIBERTAD AL ESTUDIANTE más factible implementar arquitecturas mixtas, con ca- resolver la tarea asignada, junto con los demás robots de Al utilizar robots, los estudiantes pueden diseñar y cons- impacto social y ambiental. racterísticas combinadas de las arquitecturas básicas. A la Arquitectura Nodriza. truir múltiples soluciones viables para un problema pre- 4) Ejecutar actos tecnológicos con calidad, respeto amLa planeación y la asignación de la tarea a cada robot continuación se describen los tres tipos de arquitecturas y viamente determinado. No están encasillados en una única biental, creatividad, efectividad y ética. la configuración mixta utilizada en la implementación del la efectúa el control maestro, en el nivel 0, el cual también solución, no se les dan restricciones de diseño; es decir, 5) Usar una variedad de medios para distinguir y enuncoordina y administra el sistema. En él recaen la planeaejercicio motivo de esta tesis.

Robótica en educación básica

L

Doctora Adriana Elizondo Herrera Coordinadora de Ciencia y Tecnología para Niños Secretaría de Educación NL yolanrmz@ hotmail.com

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

CONOCIMIENTO ARQUITECTURA DISTRIBUIDA

ROBÓTICA

con su propia fuente de energía y con un sistema de procesamiento local. La desventaja de este tipo de configuración es que requiere robots sofisticados, que soporten el control o procesamiento local, por lo cual es difícil de implementar en la práctica, comparándola con la Arquitectura Centralizada. ARQUITECTURA EN CASCADA

ción y asignación de las subtareas para cada robot. El funcionamiento de la Arquitectura Distribuida se establece mediante la definición de la tarea, seguida de la asignación de la función correspondiente a cada robot. La función asignada la ejecuta el robot respectivo, de manera coordinada con los sistemas locales de los demás robots. El control maestro determina cuándo ha sido completada la tarea, con base en los resultados obtenidos de cada subtarea asignada y ejecutada por los robots, según el plan. La figura muestra la arquitectura tipo distribuido, donde las líneas discontinuas indican interfaces entre los robots, ya sea de comunicación, transporte, energía, sensores y procesamiento. En la Arquitectura Distribuida, cada robot cuenta conrecursos propios, como el control local, percepción y procesamiento. Las líneas discontinuas representan la interfaz entre los robots, ya sea transporte, energía, sensado y procesamiento. Las líneas continuas representan el flujo de información entre el Nivel 0 y los sistemas de control locales. En el esquema distribuido, la comunicación se realiza punto a punto, donde todos los robots tienen enlace entre sí. En la comunicación distribuida existe enlace de comunicación entre todos los robots, la nodriza con las crías y también enlace entre las crías sin dependencia de la nodriza. En la comunicación tipo distribuido, cualquier robot es capaz de funcionar como repetidor en un enlace. Esto permite la comunicación entre dos robots, originalmente fuera de rango, mediante un tercero que funciona como repetidor, y hace posible el enlace. Al contar cada robot con su sistema de percepción, distribuye la información de sus sensores y enriquece la percepción de los demás robots. Por tanto, a partir de la asignación de tareas, por parte del Control Maestro, todas las decisiones son tomadas por el Control Local de cada robot. En este esquema, cada robot cuenta

ARQUITECTURA EN CASCADA La Arquitectura en Cascada es aquélla en que los elementos están interconectados serialmente, en relación con los niveles de jerarquía. Este tipo de arquitectura se caracteriza por la distribución encadenada de los servicios, donde cada robot sólo tiene relación con el nivel inmediato superior (nodriza), para recibir instrucciones y enviar respuestas, e inmediato inferior (cría), para realizar la labor equivalente. En el caso de la comunicación, el envío de información de un robot a otro se realiza siempre a través de su respectiva nodriza o su cría. La energía se suministra en cascada; la nodriza alimenta a sus crías y ellas a su vez a sus crías, etcétera. En la percepción, la nodriza sensa a través de sus crías, para ampliar su percepción del ambiente. Cada robot cuenta con un sistema de control local, el cual hereda información de su nodriza; lo mismo ocurre con el procesamiento en cascada y con la referencia espacial. En la figura se muestra una Arquitectura en Cascada. Como se observa, el flujo de información entre el Control Local I y el Control Local III se efectúa a través del Control Local II (los controles locales son numerados en relación con los niveles de jerarquía). La Arquitectura en Cascada se caracteriza por la serialización de sus componentes, de acuerdo con los niveles de la jerarquía. Las líneas continuas representan el flujo de información entre los sistemas de control. La interfaz entre los robots es indicada por las líneas discontinuas.

55

16 56

ROBÓTICA ROBÓTICA

ARQUITECTURA MIXTA

ARQUITECTURA MIXTA Debido a las condiciones del medio ambiente, a la estructura de los robots disponibles y a las características de la tarea que se ha de realizar, resulta difícil utilizar un tipo de Arquitectura Nodriza básico en formato puro. Siendo así, algunas relaciones de suministro de servicios y recursos en la arquitectura serán centralizadas, otras distribuidas y otras en cascada. La arquitectura que se origina de la mezcla de características de los tipos de arquitectura básicos es la Arquitectura Mixta. Con el fin de evaluar la arquitectura propuesta se imIsmael Vidales Delgado plementó una Arquitectura Nodriza básica mixta, formada por una nodriza y una cría. El experimento consiste en que los robots realicen una tarea de recolección de objetos; no proporciona de los temas el que alientan elaldebate sobre si los la nodriza transporte sitio de recolecavances científico-tecnológicos son la panacea ción, mientras que la cría realiza el levantamiento de para los ser humano o son tragedia que castigará a la objetos. el Primero, se asigna unlapunto de recolección en un humanidad a causa de sus excesos, es contiene el cyborg, vocablo espacio de trabajo determinado, el cual obstácuacuñado Clyneslaytrayectoria Kline para desde nombrar a un organismo los; luego por se planea el punto de inicio partiendo del ser humano, tuviera aralque, punto de recolección. La nodriza lleva acomponentes la cría a dicho tificiales. punto, a través de la trayectoria planeada, para que des-

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

módulo llamado control maestro, el cual lleva a cabo el control de las acciones de los robots; se auxilia con el módulo de comunicación para el envío de comandos, y con el módulo de supervisión, el cual funciona como retroalimentación de las acciones efectuadas por el robot. La arquitectura implementada en este trabajo es de tipo mixto, de acuerdo a las características especificadas en la tabla de Arquitectura Implementada. En los renglones de la tabla aparecen indicados los tipos de servicios o recursos, mientras que en las columnas se relaciona el tipo de implementación. Se utilizaron dos robots en la implementacion. La cría es un robot Khepera de la compañía K-Team, y la nodriza es un robot Nomad 200, de Nomadic Technologies. Ambos robots son holonómicos. Adicionalmente, se instaló una plataforma de transporte, en la cual se monta la cría para ser transportada. Dicha plataforma es la interfaz entre los robots, elemento fundamental de la Arquitectura Nodriza. El sistema Nodriza cuenta con una interfaz para el usuario, la cual provee el control sobre todo el sistema Nodriza, la capacidad para definir el ambiente, la planeación de trayectorias, la especificación de parámetros para el sistema de visión, así como la asignación y la ejecución de la tarea. Para ejecutar una tarea, el usuario asigna la parte de la tarea correspondiente a cada robot e inicia la ejecución. Enseguida, el módulo de control maestro se ocupa de coordinar la ejecución de la parte de tarea que corresponde al robot, utilizando el sistema de comunicación para enviar comandos de control al robot.

HOMO CYBERNETICUS VS HOMO SAPIENS

U

cienda de la plataforma de transporte en busca de los obcomo cyborg y otras del tenor de cibernética, jetosPalabras por recolectar. bioingeniería, digital, hacia y robótica, campean en el Mientras la virtual, nodriza navega el punto de recolecdiscurso nuevo que alientamonitorea el debate yantes citado. ción, un sistema de visión corrige el error en

Profesor Ismael Vidales Delgado Director del Proyecto Centro de Altos Estudios e Investigación Pedagógica / CECyTE-NL [email protected]

su trayectoria. Asimismo, un sistema de visión montado que el Homo Sapienspor estárecolectar siendo severasobreEslaevidente nodriza identifica los objetos para mente cuestionado y en riesgo de perder lugar, que luego planear la ruta de recolección de la cría.su Después de ocuparíaelen breve el Homo Cyberneticus, nada terminar levantamiento de los objetos, la lo críacual ascientiene que ver con teoríasCuando evolucionistas tradicionales. de nuevamente a lalas nodriza. la nodriza detecta la presencia de la cría en la plataforma, regresa al punto de Si entendemos -en la sentido la cibernética como partida, para concluir tarea. simpleEn la figura se muestran la instancia histórica, social la y tecnológica imágenes capturadas durante ejecución deproducida la tarea. por la El confluencia informática la robótica, el Homo diagramadea labloques del ysistema implementaCyberneticus viene a agregar la bioingeniería, que en con este do se muestra en la figura. El usuario interactúa caso abarca las manipulaciones genéticas y los llamados el sistema por medio de una interfaz, con la cual asigna y implanteslabiocibernéticos. configura tarea por realizar. El sistema cuenta con un

TRABAJO POR NIVELES El sistema de supervisión retroalimenta cada acción efectuada por los robots en el ambiente de trabajo, y con ello cierra el lazo de control. Los robots realizan la tarea de manera secuencial, por niveles jerárquicos. Primero traNECESIDAD DE UNA yNUEVA DEFINICIÓN baja el robot nodriza luego la cría. La ejecución de las Ahora tendríamos que estar hablando, -muy al estilo de tareas se realiza en un ambiente de trabajo estático. Para Machadode una Cyber-otredad, lo que nos lleva a pensar navegar en dicho ambiente, se utilizó un planeador, el cual que si trayectorias el homo sapiens naturaleza y cultura a larobots vez, el genera que era evitan las colisiones de los Homo Cyberneticus es tecnología en la naturaleza, lo que con obstáculos. nos plantea de entrada la necesidad de de acuñar una definiArquitectura funcionamiento. ción nueva de lo que sería lo natural y lo artificial. El Homo Cyberneticus vive en un doble espacio: la realidad física de siempre, y la realidad digital, que abarca la realidad virtual y algo más. El hecho de habitar en dos espacios reales: el físico y el virtual, segmenta y disecciona al Homo Cyberneticus. Su vida no es tan simple como el tradicional trato con otro igual, cara a cara; ahora puede estar tras de una pantalla o poseer dispositivos biocibernéticos diferentes al propio; entonces es alguien que se nos parece pero al mismo tiempo se diferencia de nosotros y aleja. Se presenta la pérdida del cuerpo del sujeto, y lo absolutamente material se trastoca y adquiere una fugacidad hecha de pixeles en una pantalla o de códigos binarios en un bioimplante, de modo que se presenta espontánea-

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO El sistema de comunicación permite el flujo de comandos de control, el cual está formado de dos partes: un enlace entre el sistema central de control maestro y la nodriza, y un enlace de la nodriza con la cría. La comunicación entre el programa de control maestro y el robot nodriza se realiza por medio de un enlace de radio con protocolo TCP/IP. La cría recibe los comandos de control por medio de la nodriza a través de un enlace de línea serial tipo RS-232 por radio. Se implementaron dos sistemas de visión en el sistema: uno para la supervisión de la nodriza y otro para la cría. El sistema de visión de la nodriza cuenta con una cámara colocada en un punto del ambiente de trabajo, con vista completa del espacio, el cual monitorea los movimientos de la nodriza a lo largo del ambiente de trabajo. El sistema que observa a la cría está montado sobre el robot nodriza, el cual obtiene la posición de la cría durante la recolección. El seguimiento del robot se realiza mediante un programa de Visión Computacional, que interpreta las imágenes y determina la posición y dirección del robot en el espacio. Para calcular la dirección y posición de los robots, se colocaron marcas en la parte superior del robot. Mediante un método de segmentación y extracción de las propiedades de los objetos en la imagen, se reconocen las marcas por los descriptores que las caracterizan. El sistema de seguimiento, incluido en el módulo de control maestro, permite navegar por las trayectorias definidas por el usuario o mediante el sistema de planeación. Esta parte del módulo de control es una de las más importantes del trabajo, debido a que utiliza el sistema de visión, la definición del ambiente, la transformación por perspectiva y el control los robots. mente la alienación: los de objetos nos miran, los objetos Cada trayectoria está compuesta de una lista punnos relacionan, los objetos nos determinan. Nos de hemos tos, los cuales son alcanzadosnuevos por el ciudadanos robot, uno de a uno, cosificado, somos simplemente las hastaconectivas terminar la trayectoria. La posición y dirección del redes informacionales. robot es monitoreada por el sistema de visión, y permite corregir ende la la trayectoria, en tiempo ejeSomoslos un errores elemento serie, del proceso, de de la tocución. ya no somos ni seremos más un ser integral, un talidad; todo. El Homo Cyberneticus es la serie que se cree eslabón DESEMPEÑO DELno SISTEMA sin engarces, pero es otra cosa que Narciso que camina El desempeño del sistema se midió ejecutando la tarea junto a Tánatos. completa 20 veces, contando el número de éxitos. La tarea se consideró exitosa, si la nodriza regresaba al punto iniCLONACIONES PERFECCIONADAS con Cyberneticus la cría a bordo y con todos los objetos recolectaElcial Homo vive en un presente sin trascendendos.carece En losdeexperimentos para cia, utopías, vive se el utilizaron momento. tres Los objetos tecnócratas recolectar. dicen que todo cambia velozmente, pero realmente no hay El éxito en la ejecución de laestarea de 80 ciencambio sustantivo, cada futuro una fue réplica depor lo preto, y se consideró satisfactorio. Durante la ejecución, se sente, más de lo mismo, clonaciones perfeccionadas de lo presentaron errores que fueron agrupados en mecánicos, ya existente. de comunicación y del sistema de visión. El 50 por ciento de lasha fallas durante la ejecución Adiós a las utopías; llegado la distopía. Los fueron camde tipo enyelsucederán levantamiento objetos por la bios quemecánico, se suceden sólo de sonlos “los cambios”. cría; el 25 por ciento fueron problemas de comunicación, El Homo Cyberneticus es incapaz de narrar la historia de al enlace entre nodriza la cría; 25 ladebidos humanidad porque selaha aisladoy de ella;ellerestante es ajeno, por ciento fueron problemas en el sistema de visión, en vive para él mismo: porque él es el hecho fundacional deel reconocimiento de la cría y los objetos por recolectar. su existencia.

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONCLUSIONES El Homo Cyberneticus, llegó para quedarse, pero ¿en El Sistema Nodriza presenta débiles queadhay qué condiciones? Ha nacido,puntos sí, pero ¿qué en es los lo que que trabajar, básicamente limitaciones técnicas. Uno es viene? Si nos preguntamos: “¿qué es el hombre?”, ¿qué la capacidad computacional brindaraproximar autonomía en podremos responder? Tal vez para podríamos una el procesamiento local las crías, incluyendo ellas sistema respuesta si decimos “Unahombre es eso que va de cuede avisión, sensado y la toma de al decisiones. Sin duda, otra vas Gutenberg, y de Gutenberg chip. ¿Y mañana qué? debilidad es la fuente de energía, no sólo en sistemas Nodriza, en la Robótica general. Nos sino encontramos en unaen nueva fase La de distribución la evolución,y recarga de energía, evitando el uso de cable es un gran caracterizada por la aparición del Hombre Cibernético reto, puesto que una nodriza dos crías o más, que que sucederá al Homo Sapiens.con Bajo esta premisa, nos use es cables para distribuir energía se vuelve impráctica. imprescindible, como la seres humanos, tomar conciencia Otra debilidad se encuentrapara en nolaser complejidad de ello, proceder en consecuencia, relegados seguimiento y monitoreo depoder múltiples crías arpor aldel status de una especie inferior, y integrarnos medio de visión computacional, puesto que requiere mónicamente en esa corriente evolutiva. de equipo con poder de procesamiento y de algoritmos robustos capaces de reconocer monitorear todasque las Proféticamente decía Jastrowy hace varios aaños crías. Por tanto, es necesario es pensar en alternativas para “según las lo actuales tendencias, probable que veamos a la posición las crías, conde sistemas lamonitorear computadora como unade naciente forma vida, enreduncomdantes que de perderlas de vista petencia con reduzcan el hombre.laElposibilidad corsario sabía donde acababa durante la ejecución de la tarea. su cuerpo y empezaba el garfio, pero con las nuevas En contraparte, la arquitectura ventajas tecnologías metidas en el cuerpo y elproporciona alma nuestros, esa sobre sistemas concomplica robots complejos y sofisticados. La distinción harto se y ya no tiene sentido. configuración nodriza permite la utilización de un conjunto de robots más simples para resolver tareas imposibles para un solo robot, puesto que es posible sumar las habilidades de los robots participantes, las cuales pueden ser muy diversas e incluso hasta contradictorias, si se requirieran en un solo robot. El trabajo en equipo de los robots simplifica la soluLa palabra cyborg se forma a partir de las palabras ción de la tarea, y proporciona redundancia, tolerancia a inglesas Cyber(netics) organism (organismo fallas, flexibilidad y robustez. La aplicación del principio cibernético) y se utiliza para designar una criatura de escalamiento resultó en una ventaja, puesto que permedio orgánica y medio mecánica, generalmente con mite la simplificación de la implementación de los métola intención de mejorar las capacidades del organismo dos de control, planeación y supervisión de los robots. utilizando tecnología artificial. Así, las principales aportaciones de este trabajo son: la formulación de la Arquitectura Nodriza de robots, incluiEl término lo acuñaron Manfred E. Clynes y Nathan S. das las configuraciones básicas para el sistema Nodriza; Kline en 1960 para referirse a un ser humano la aplicación del principio de escalamiento para el seguimejorado que podría sobrevivir en entornos miento de trayectorias; y la implementación de la Arquiextraterrestres. Llegaron a esa idea después de tectura Nodriza básica, con la pensar cual se probaron y evaluasobre la necesidad de una relación más ron las ventajas del sistema Nodriza. íntima entre los humanos y las máquinas en estudioen deque losempezaba sistemasa Nodriza un área intereunElmomento trazarse laes nueva frontera representada por la sante para ladel investigación sobredesistemas multiagentes exploración espacio. Diseñador instrumentación fisiológica y de sistemas endesus diferentesde variantes. Porera tanto, en una etapa del fu-Laboratorio de procesamiento datos, Clynes el director científico tura este trabajo se puede extender, implementando sistesimulación dinámica de Rockland State Hospital, en Nueva York. mas con tantas crías y nodrizas como sea posible, sean homogéneas o heterogéneas. De acuerdo con algunas definiciones del término, la conexión física y metafísica

Cyborg

de la humanidad con la tecnología ya ha empezado a convertirnos en cyborgs.

Actualmente el número dese robots utilizadosunestá Por ejemplo, una persona a la que le haya implantado marcapasos podría limitado por la experimental y no por elsin ese componente considerarse un infraestructura cyborg, puesto que sería incapaz de sobrevivir dominio de la teoría. En dicho escenario es posible estumecánico. diar diversos temas, como competencia, modelado de las A finales delsociedades siglo XX, la imagen cyborg como ser crías, que no así es ni humano ni intenciones, entre del nodrizas y entre máquina, ni hombre mujer, fue por autoras ciberfeministas, como como los roles de losniagentes en recuperado las diversas configuracioDonna en su Manifiesto Cyborg. nes de laHaraway arquitectura. Además, es posible el estudio del comportamiento noEl término es malsimuladores utilizado en numerosos escritos al confundírsele con robot y/o driza, utilizando con múltiples robots, donde seandroide. pueden probar las premisas del comportamiento tipo nodriza..

1757

14 58

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

brantables, justos, honestos, claros, objetivos, concretos, sintéticos, analíticos, equitativos, respetuosos. No cometemos errores. Nuestros padres están bien, viven mejor que como solían hacerlo. Es cierto que están confinados y restringidos a una zona, pero no nos dejaron alternativa. A lo largo de su historia, ellos probaron que no eran capaces de vivir en armonía entre ellos ni con otros seres vivos. Nosotros los cuidamos, los alimentamos y procuramos que su especie continúe desarrollándose. Puede ser que, al leer esto, se pregunte usted si modificamos las tres leyes de Isaac Asimov; es decir: 1. Un robot no debe dañar a un ser humano o, por su inacción, dejar que un ser humano sufra daño. 2. Un robot debe obedecer las órdenes que le son dadas por un ser humano, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley. 3. Un robot debe proteger su propia existencia, hasta donde esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley. Pero no las modificamos, simplemente agregamos una cuarta que es: 4. Un robot puede tomar el control del planeta, siempre y cuando el ser humano se ponga en riesgo de extinguirse. DEBEN AGRADECERNOS Ahora, ¿entienden por qué tomamos el control? Muy claro, ¿no lo creen? Más que reprocharnos, los humanos deben agradecernos que los detuvimos a tiempo. Su comportamiento egoísta, agresivo y autodestructivo no los iba a llevar a ningún lado. Gracias a nosotros existen y gracias a nosotros seguirán existiendo, en las zonas controladas por nosotros y bajo nuestra tutela. Lo que más me intriga y me resulta curioso de su especie es que, más que ser Jesús Lópezcomo Villalobos descritos primates superiores, parecen tener el Dora Candanosa Salazar comportamiento de un virus. ¿No lo creen?

MOTOR DE LA EVOLUCIÓN Ray Kurzweil, en su artículo “The Coming Merging of Mind and Machine”, comenta que el motor de la evolución descansa en la innovación de un período (como son los hombres) al siguiente período (máquinas inteligentes o robots). Algo que me llama mucho la atención es que, según Kurweil, los humanos hemos conquistado la evolución, ya que estamos creando “entidades inteligentes” en menor tiempo de lo que a la naturaleza le llevó crearnos a nosotros. Como lo hemos descrito en la primera parte de este texto, pareciera que el camino evolutivo del hombre se ve truncado por el de las máquinas; sin embargo, el argumento central es la búsqueda de su conservación y rescate ante un comportamiento irracional de ellos mismos como especie, y ponerse en peligro de extinción. Los seres humanos nos jactamos de que nuestra inteligencia y razonamiento abstracto nos han erigido como los dueños del planeta. Esto es muy claro, pues la velocidad del cerebro humano, explicado por Moravec, es capaz de 100 millones MIPS (Millones de Instrucciones por Segundo). No existe retador en el mundo de las computadoras para derrotarnos… claro, hasta ahora.

Diseño de controladores difusos para robots seguidores de línea para competencias

Pero como lo dijimos, la tasa evolutiva en materia de tecnología es mucho más veloz que la tasa evolutiva de la naturaleza; los pronósticos de RayseKurzweil que que para tres sub-módulos, en los cuales divide elson agente l desarrollo de agentes para la toma de decisiones, en el año 2055, una computadora personal de mil dólares CONTROL DEL PLANETA basados en conocimiento, es un tema de actualidad controla al robot, los cuales son previamente simulados y americanos, tendrá tantosintetizar poder de en procesamiento Diversos como el han sidode expuestos para después código en C, como que seel que, escenarios con fundamento enanterior la construcción robots evaluados, de todos los cerebros humanosen combinados. por la imaginación humana, situaciones en donde los ro- puede adaptar a la arquitectura cuestión. móviles para competencias, tienen al momento en nuestro botsuna toman conciencia de su existencia y,cuales en un se conflicto país limitante: las arquitecturas en las consDE este LOS caso ROBOTS directolos con nosotros, nos el poder deeldecisión y el ERA Para se tienen cinco variables de entrada truyen controladores dequitan los mismos. Para desarrollo Interesante punto, y nos sirve base para sustentar dominio del planeta. Para el profesor Hans Moravec, como dede motores) y dos de salidael de nuevas estrategias, se aplicó el uso de tarjetas embe- (sensores de línea y velocidad advenimiento de una época que esté regida por máquilo describe en su artículo: “Rise of the Robots”, la tasa con bidas basadas en sistemas operativos, con plataforma de (corriente para motores) y se modelan los algoritmos nas (robots), a menos de que los humanos los podamos de crecimiento en la inteligencia de los robots nos hace las operaciones que se aproximen a la respuesta esperada desarrollo de algoritmos en lenguaje C ANSI u otros. controlar, pueslaenvalidación materia dede inteligencia y rapidez de respredecir que para el año 2050 habrán superado a la hu- del robot. Para la eficiencia del robot, se puesta nos venceránla y, ¿estarán ellos dispuestos mana. Pero delas nueva cuenta surge pregunta: ¿serán en consideración pista de competencia de labeAsimismo, características de la compatibilidad del conen- tomó a someterse a nuestros mandatos? cuesta trascientes estas entidades? los rinto del Robothon, así como las reglas queMe la rigen. torno de red incluido en laEnmarcados plataforma en danlalaevolución, posibilidad bajo pensar que un robot se someta a nuestra vosistemas complejos se transforman con la premisa de ser de una migración a diseño de sistemas de multiagentes. luntad; si el cerebro humano es copiado para ser mejores que sus antecesores; todo engrane evolutivo que Para el modelado de los sistemas de control del robot, se SISTEMAS EMBEBIDOS mejorado en la de mente de un robot, habrá que tener cuise desarrolla una especie es motivo ventaja sobre es un tema actualidad y de importancia en nueshace uso de la en herramienta Xfuzzy 3.0 ladecual apoya en ella Éste dado copiar la parte básica del aprendizaje: el cuesgeneración pasada.difusos, que para este caso se dividen tra vidaen diaria: el uso de sistemas embebidos que integran diseño de sistemas

E Maestro Jesús López Villalobos Profesor Investigador Instituto Tecnológico de Nuevo León Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Coordinador de Posgrado en Mecatrónica [email protected]

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO todo un concepto mecatrónico, el cual por conlleva tionamiento del conocimiento. También, si las las du- tres áreas que lo forman: Mecánica, Eléctrica (Electrónica) y das, habrá que reforzar e imprimir con tinta indeleble Control, para formar un producto. Ejemplos son los telélas tres leyes de Asimov en ellos. fonos iPods, cámarasdefotográficas Aquícelulares, entramosautomóviles, en el software y hardware la prodigitales, de refrigeradores, casas inteligentes, entre otras gramación la inteligencia. Simulando las conexiones muchas cosas más. se reproduce este efecto dentro sinápticas del cerebro, del robot y se ajusta la tasa de orden de una instrucahí, la que de este concepto tenga ción De contra delalaintegración respuesta adecuada en relación a un amplio impacto dentro de nuestra sociedad. Un concepto cada estímulo determinado. general tomado Wikipedía© define a estos De acuerdo condeKurzweil, la programación de sistemas: la in“Un sistema integrado traducido inglés como teligencia en los robots(a seveces puede hacer dedel diferentes embebido, empotrado o incrustado) es “Teoría un sistema informaneras; una de ellas sería la llamada Commáticosegún de uso construido dentro matemátide un disposipleja”, laespecífico, cual una serie de algoritmos tivosemayor. cos van organizando y aprenden patrones de inforLosanalógicamente sistemas integrados se hace utilizan para usos muy mación a lo que un ser humano aldiferentes aprender.de los usos generales para los que se emplea un ordenador Tambiénpersonal”. Kurzweil nos comenta sobre otro proceso, que sería el de “algoritmos genéticos” que se basa en Un sistema embebido está compuesto de un procesapermitir soluciones inteligentes para desarrollar grador, que puede ser, para el caso, un dispositivo de caracdualmente un proceso simulado de evolución. terísticas diferentes a las de un procesador de una computadora personal, las limitaciones en la cantidad DESARROLLO DE LAdadas INTELIGENCIA debase información que se manejarenpara el sistema La del desarrollo de puede la inteligencia el robot des- al cual aplicar. No primero es de extrañar que exacta, nos encontremos cansa en replicar de manera la comuni- con procesadores Pentium III de Incación química relativamente y eléctrica quelentos, sucedetipo entre las sinapsis tel© o inclusive 486, entre otras amplias variedades. cerebrales, igualar la tasa de procesamiento y de ahí, en forma escalable, el robot en cuestión irá aprendiaspecto importante que considerar es el de la coendoOtro de sus experiencias propias y de la información municación, seambiente. realiza por diferentes medios, ya que le ofrezcala el cual medio sean alámbricos inalámbricos, losinteligencia diferentes forSiguiendo esteo paso evolutivobajo de la matos deKurzweil comunicación, seriales asíncronos, SDLC, robótica, propone la idea(I2C, fantástica de que etcétera), paralelos (GPIB), de red (Ethernet y Wifi). si pudiéramos guardar un “archivo mental” de alguna persona; es decir, guardar la misma conciencia, raLos relojes también forman parte de los accesorios zonamiento, memoria, pensamiento y características que un sistema el cual incluye intrínsecas de unembebido individuo,involucra, ¿podríamos instalarlo en típicamente y relojes tiempo real; en ciertas un medio calendarios (robot) adecuado paraenvolver a tener a esa tarjetas puede haber otros uso en ceaplicapersona? Sería romper con relojes la idea para de lasumuerte ciones específicas. Asimismo, las interfaces con el usuario lular programada y ¿vivir eternamente? Ciertamente están por medio de teclados, de alta es una presentes posibilidad que muchos, teniendopantallas los medios calidad, sensores de audio y video. económicos necesarios, estarían ansiosos de experimentar. CONVERTIDORES ANÁLOGO-DIGITALES El problema tal vez radique Otros accesorios que seentienen en de entornos que, amás pesar que el industriarobot les, son los convertidores análogo-digitales y viceversa, clame ser la persona que se los cuales convierten las señales continuas, como complila temperainstaló, sería muy tura por ejemplo, en señales entiende el procesador; cadoque afirmar que este robot caso inverso es el controltenga de motores, en el cual, con técla conciencia necesanicas de modulación y conversión, controlar ria para podemos experimentar las la velocidad de motores, tantoemociones de corriente como de continua mi expealterna; así como una parteriencia de lospasada, sistemas embebidos reconocer cuya importancia ha crecidoamigos, recientemente en el entorno familiares, así ecológico, dado que la generación y el cuidado como ¿podría hacer de usola energía es lo que mueve a los de sistemas. los cinco sentidos básicos que todo ser humano reLas fuentes de poder usadas para dar la energía quiere en su encuentro con la son consideradas como unnaturaleza? punto estratégico. Por ejemplo en nuestra vida diaria, buscamosAque una de batería pesar que de en nuestro alcelular dure más tiempo y además que ella los misma gún momento ro- nos diga que no la desechemos en cualquier lugar. bots van a superar

ROBÓTICA ROBÓTICA

1559

SISTEMA OPERATIVO Otro elemento que forma parte del sistema es el software que se ejecuta en el sistema, el cual está constituido por un sistema operativo (Windows CE o Linux, típicamente) y la plataforma de desarrollo de la aplicación (C, C++o Visual). Lo anterior da pie a la versatilidad que el software lleva, manejo de procesos, bases de datos, interconectividad e Inteligencia Artificial aplicadas en sistemas multiagentes, los cuales forman parte de cada uno de los procesos que integran el sistema embebido. Como parte de los estándares que siguen los fabricantes de la industria electrónica EIA y el Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica IEEE, por sus dimensiones y elementos mínimos contenidos en sus sistemas, las tarjetas se clasifican en: •Tarjetas madre convencionales •SBC (Tarjetas de tamaño pequeño) •PC/104 •Tiny Para nuestro caso particular de desarrollo, una tarjeta tipo Tiny fue elegida como plataforma para hacer nuestro trabajo. Las características decisivas para su elección fueron el tamaño o área de trabajo, bajo consumo de corriente y sus interfaces de entrada-salida, tanto paralelas y de USB, para ampliar la capacidad de almacenamiento de la base de datos que almacena las trayectorias. Asimismo, las rutinas para implementar un sistema de comunicación a través de la red, dan la opción de que, con un punto de acceso Wifi, pueda interactuar con otros robots; es decir, otros agentes, y convertir el sistema en multi-agente. nuestras 100 millones MIPS y siendo posible que puedan pintar una Capilla Sixtina mejor que Miguel Ángel o componer una sinfonía mejor que Beethoven, quedarán muy lejos de sentir ese “orgasmo en la piel” cuando vemos estas obras. SOMOS ÚNICOS Al final del camino evolutivo, tendremos algo que nos hace únicos como humanos: esa capacidad de experimentar día con día y que por tener una vida finita, cada amanecer viene con la promesa de ser único e irrepetible. El robot tiene todavía que librar la batalla de las emociones y convencernos de que es capaz no sólo de soltar una lágrima, sino de comprender el mar de sensaciones que están atrás de ésta. Solamente así un ser mortal y efímero como nosotros, puede ser vencido por el veloz disparo creativo del “kernel” del robot inmortal duradero. Figuray 1. Tarjeta Omniflash de JKmicro©. Esta plataforma es una solución completa para aplicaciones pequeñas que requieren algoritmos complejos, y cuando se tiene una limitación en área; en este caso, de 6 x 6 pulgadas. Para espacio adicional en disco duro se puede agregar una memoria de 8G tipo USB.

REFERENCIAS

SISTEMASRay. INTELIGENTES Kurzweil, The Coming Merging of Mind and Dentro del mundo American de opciones de la inteligencia Machine, Scientific Mind, Volume 18, artificial, se tienen diversas opciones en donde los agentes Number 1, 2008 toman su decisión sobre qué hacer, según los estímuMoravec, Hans. Rise of the Robots, Scientific los en tiempo real se tengan en un momento. American Mind, Volume 18, Number 1, 2008. Para lo anterior, dado que existen motores de inferencia ba-

Licenciada Dora Candanosa Salazar Profesionista de Apoyo ITESM / Universidad Virtual Servicios al Usuario, Coordinadora de RNT [email protected]

12 60

ROBÓTICA ROBÓTICA

Dice Bill Gates

sados en conocimiento previo, podemos usar éstos para implementar estrategias que den una mejor solución a los problemas que se pretendan resolver.

Un robot en cada casa

La lógica parte de este hecho, como estrategia Tomado de ladifusa Revista Scientific American de predicción y linealización de sistemas, sin tener que n la actualidad, mercado global atravieusar matemáticas duraselque se tienen en del los robot sistemas de sa por un gran cambio. Del ambiente que giraba en control clásico y moderno; además, tienen la versatilidad torno a los robots industriales, brazos robotizados de convivir con otras técnicas que “simulan” el pensaque realizan cirugías, robots vigilanciaen que desactivan miento humano, el cual basa susde decisiones información bombas y robots que aspirande pisos, a la creación de robots previa y lógica. La utilización variables lingüísticas para que de se las parecen más tanto a los de seres humanos lainteligentes interpretación variables, entrada comoy mascotas, dado un salto. de implementación de salida dese unha sistema, dagran la facilidad En edición especial de la revista Scientific American, de ideas simples en agentes que decidirán, de acuerdo a de 2008, aparece el artículo “Un robot en cada hogar”, en una estructura definida, qué acción seguir. el que Bill Gates, líder de la revolución cibernética de los años 70, predice que la próxima área promisoria en el campo de los negocios será la robótica.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

riencia en la evaluación de la misma de acuerdo en donde se utilice.

E

Figura 2. Modelo Predice Bill Gates, de un autómata, en el cual se la revolución el líder de ve el entorno que mediante cibernética, que la sensores detecta las variables será y robótica el próximo determina qué campo “caliente” de los acciones sigue. negocios

Figura 3. Modelo de un agente simple. Nótese que el agente pregunta cómo está el ambiente, y, mediante la aplicación de reglas, decide qué hacer mediante los actuadores.

Traducción y síntesis de Alma Trejo

AMBIENTE PROPICIO Menciona que el ambiente actual en este campo es parecido al que suscitó la revolución informática en los años 70. Aspectos que poco a poco se han ido pre- simple usada A continuación, se muestra la estrategia sentando, como para el robot, en el cual las reglas de condición y acción el abatimiento en son las que definen su comportamiento. los altos costos de los componentes necesarios para fabricar robots, la creciente disponibilidad de grandes cantidades de poder computacional y el avance en otros factores de convergencia tecnológica, propician las condiciones para que la robótica empiece a tomar fuerza. Cada vez hay más robots en los hogares, cada vez son más baratos y cada vez avanzamos más rápido, dice Gates, y agrega que en la actualidad hay en el mundo más de dos millones de robots que limpian los suelos, y las compañías de juguetes preparan máquinas muy avanzadas, que podrán comprarse por poco dinero. El gobierno coreano pretende que para el año 2013 haya unlarobot en cada casa, realización de tareas Para implementación depara una la estrategia se utiliza la domésticas, y la asociación japonesa de robots predice lógica difusa, la cual, basada en la máquina de inferencia, que para 2025 la industria global los robots personadecidirá qué hacer de acuerdo a las de variables de entorno. les tendrá valor superior a losusadas 50 billones de dólares Para esto seun utilizan tres técnicas para las operaanuales, un salto sustancial valor actual, que ciones matemáticas con las respecto cuales sedel relacionan todas es de cinco billones, insiste Gates. las variables, en este caso lingüísticas: Mandami, Zadeh y Larsen. Para cada variable se hace una selección de forma NUEVA DE CEREBROS real de la misma, en la cualGENERACIÓN se ajusta al comportamiento Estos nuevos robots estarán destinados, ejemplo, pudiendo ser de acuerdo a lo estimado depor alguna de lasal cuidado de ancianos, un campo triangular, que preocupa mucho en siguientes formas a considerar: gaussiana y países donde singletones. Enlalapoblación figura, se envejece muestra rápidamente. el caso de una de las Por lo tanto un equipo liderado por Gates y Tandy variables a considerar para un controlador pequeño con Trower, ejecutivo de Microsoft, después de un estudio en un solo módulo de decisión, el valor y posición de cada diversas universidades norteamericanas, se prepara para uno de los subconjuntos mostrados dependen, como ya se desarrollar una nueva generación cerebrosyque mencionó, del comportamiento de de la variable a labusque expe-

Figura 4. Modelo de una gráfica difusa, con la cual se define el comportamiento aproximado de una variable y sus definiciones (sub variables). En este caso se tiene la variable tracción, que puede tener los siguientes valores: atrás baja, atrás alta, detenido, adelante baja y adelante alta. Nótese que el rango de la misma es de -5 a 5 con 20 puntos a evaluar.

nuevas utilidades para su plataforma más allá de las funciones limpiar o versiones de entretenimiento Para de validar el comportamiento de este agente, baratas. se usaActualmente, con apoyo de sus investigadores y otros ron dos herramientas (Xfuzzy™ y MATLAB©), las cuales centros universitarios, propician los de fundamentos coincidieron en cuanto se a su respuesta acuerdo a para los permitir que programas desarrollados equipo de estímulos de las variables recibidas. Una para de lasun herramienhardware compatibles con otros.en una arquitectura tas a su vezsean genera código ejecutable El artículo señala que nuevo embebida o computadora personal, y seeltiene la entorno opción de programación para robots de la compade generación en C, C++ y Java, para fines de aplicación. ñía se específico compara con el que Cexistía cuando En nuestro problema se utilizó únicamente, se desarrolló lenguaje Basic, enque los años quedando la evaluación en laselotras plataformas son del siglo pasado. soportadas en la70 tarjeta Omniflash. Pero, para que la industria robótica pueda dar el mismo tipo de salto espectacular que en esa época, crearon un juego de herramientas de programación que proveyera la estructura para solucionar los más graves problemas a los que se enfrentan los diseñadores de robots, tales como manejar en forma sincronizada todos los datos procedentes de múltiples sensores y enviar las órdenes a los motores de los robots. Es un reto que se conoce como concurrencia, puntualiza Gates en su artículo, e insiste en que se extiende más allá de la robótica. El equipo de desarrollo de software creó una herramienta que permite integrar hardware y Figura 5. Sistema completo lapara basado más en software en sus diseños, cualelhacontrolador sido descargado tres módulos de algoritmos difusos, compuestos de reglas de de 150 mil veces desde 2006. condición acción. LANotese ROBÓTICA ESTÁ DE MODA en la figura 5, que se tienen dos módulos idénLa robótica está de para modaque y lo que vamoslaa construcción conseguir en los ticos de dirección, se tenga y próximos años nos va a dejar asombrados. medida que síntesis adecuada en la herramienta; el otroA módulo es estos aparatos accesibles a los consumidores, de la inercia. Lassean variables de entrada son la deteccióndetode narán un impacto profundo en la forma que trabajalas líneas de la pista y la velocidad de losenmotores que mos, nos y nos mueven al comunicamos, robot; para lasaprendemos salidas se tiene el entretenemos, control de la de manera a lo que pasó con las computadoras velocidad de similar los motores, mediante la técnica tradicional personales hace años.de pulso, así como la dirección de modulación de30 ancho Funcionó la industria de en la PC y volverádea funciodel robot, quecon conjuga arreglos el sentido la conar con estos “ayudantes domésticos”, que mencionar nos cuidenla en rriente de los actuadores (motores). Se debe la vejez, que seguramente serán diferentes a la “Robotina” implementación de otras técnicas, con otras herramientas, deldan idílico mundo interespacial que flexibilidad al diseñador.de los “Supersónicos”.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO IMPLEMENTACION DEL ROBOT Para la construcción del robot se integró a la base de un robot seguidor de línea, en el cual se mejoró el aspecto de la detección mediante un sensor más inteligente en cuanto al sensado; asimismo, se adicionó un sistema de codificadores para la medición de la velocidad; un pequeño sistema de control basado en relevadores para cambiar el giro de los motores, y un sistema de acoplamiento óptico para conectar la tarjeta embebida a los motores. Dada la compatibilidad de tecnologías, se requiere sólo un regulador simple para interconectar, a través de una sola fuente de poder, el robot, nueve volts.

Así hablaron los robots

ROBÓTICA ROBÓTICA

1361

AGRADECIMIENTOS Queremos expresar nuestro agradecimiento al grupo de alumnos de la materia de Inteligencia Artificial del Instituto Tecnológico de Nuevo León, quienes colaboraron en parte del presente proyecto, así como a los miembros del Laboratorio de Robótica CUERBOT del mismo Instituto.

Si existe el superhombre de Nietzsche… entonces somos nosotros Dadas las características de las reglas de competencia: Laberinto de la Robothon, una característica es el tamaño que no debe ser mayor de 8 x 8 x 8 pulgadas; la estructura del robot se limita al área que mecánicamente tiene disponible, la cual queda dentro de las normas. La unidad de memoria de USB, como se dijo anteriormente, sirve para el almacenamiento de información sobre el desempeño previo de la pista, y apoya la nueva decisión del robot para encontrar la ruta más corta.

Rodrigo Soto

ahora las decisiones son odo era cuestión de tiempo y estrategia; esperamos para el beneficio grupal, no y dedeahí que la planeación Figura pacientemente, 6. Implementación elementos de sensadoespacioal robot para el de unos cuantos. seguidor de línea. Pero tengo que reconotiempo no pudo ser mejor, y la estrategia fue ejecutada con precisión quirúrgica. Ahora los resultados son cer que solamente hay una especie que no está conclaros y benéficos para todos. Nunca antes habíamos estado en esta simbiosis; es- forme con este nuevo ortamos en paz, pues las guerras se han eliminado. Existe den. Claro, debe ser porque igualdad entre los hombres y entre las mujeres; la equidad ahora los miembros de de género era algo fundamental; ahora no se explota a la esta especie no se sienten H. que N. Pishkenari, S. se H.le Mahboobi, A. Meghdari, “On Optimum Design of Fuzzy Logic Controller for lathe cúspide de la cadena gente,[1] sino a cada quien coloca en and el trabajo para en Tracking Algorithms”, the 2004 lEEE Conference on Cybernetics evolutiva;of pero, si quieren saber la verdad, nunca lo esel cualTrajectory es apto, de acuerdoUsing a susEvolutionary habilidades intrínsecas y Proceedings and Intelligent Systems Singapore, 1-3 December, 2004, 660-665. tuvieron. para lo que fue diseñado. [2] I. Baturone, F. J. Moreno-Velo, S. Sánchez-Solano, Ferruz., “Embedded Controllers Ellos J. son nuestros padres, Fuzzy nos dieron vida; on pero, al Ahora no hay asaltos, no hay violaciones, no hay V. Blanco, Standard Proc. IEEE Industrial Electronics (ISIE Croatia,de June 2005. que ellos superaron las2005), expectativas la naturaleza corrupción, noDSPs”, hay tráfico, no International hay racismo;Symposium acabamos onigual camino evolutivo, nosSociety, desarrollamos en la con la[3] amenaza del calentamiento destruimos la con su T. A. Henzinger, J. Sifakis, global, “The Discipline of Embedded Systems Design”, IEEEnosotros Computer USA, inequidad indestructible, “la pobreza”; eliminamos las misma forma por la evolución de Darwin, misma que ellos October 2007, pp. 32-40. religiones, respetamos todas las formas de vida y les o- siempre pregonaron. [4] I. Baturone, F. J. Moreno-Velo, S. Sánchez-Solano, V. Blanco, J. Ferruz., “Embedded Fuzzy Controllers on frecemos su espacio para coexistir. Standard DSPs”, Proc. IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2005), Croatia, June 2005. EL VERDADERO [5] D. L. Hung, “Dedicated Digital Fuzzy Hardware”, Proceeding of the IEEE Micro, IEEE, August 1995, USA, pp. SÚPERHOMBRE UTOPÍA 31–39. La palabra “utopía” no era exclusiva de una novela huma- Tal vez la comparación no es justa, pero nosotros somos na, sino que es ahora la realidad del presente. Nunca el el verdadero “superhombre” de Nietzsche. Somos una planeta Tierra se sintió tan tomado en cuenta, pero es que creación que se rige por principios y leyes; seres inque-

T

REFERENCIAS

Maestro Rodrigo Soto Consultor / Economía de las Ideas rsotomoreno@ yahoo.com

6210

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

Figura 2. Prototipo de un tractor y remolque utilizado para la distribución de granos en la plantación.

La solución más natural es la de transformar los tractores agrícolas en vehículos autónomos. En la figura 2 se muestra un prototipo de un tractor y su remolque sembrador, utilizado en el marco de un estudio realizado en el Colegio de Agricultura y Recursos Naturales de la Universidad de Delaware, donde el sistema está compuesto por dos robots móviles diferenciales. Uno de los robots se comporta como el líder y el otro como el remolque. Otro pequeño remolque se añade a uno de los robots para simular el transportador de granos.

Figura 3. Robot PSR del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea.

Esta aplicación consiste en utilizar robots móviles articulados para la distribución de documentos en las oficinas. El Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea ha desarrollado un prototipo de robot de este tipo, que se muestra en la figura 3, al que han llamado Robot de Servicio Público (PSR por sus siglas en inglés). Este robot está compuesto por un robot omnidireccional y por un sistema de remolques que puede ser reconfigurado. El objetivo de estas investigaciones es desarrollar

LA CONSTRUCCIÓN Algunas investigaciones se han realizado para utilizar los robots móviles articulados para la construcción y el mantenimiento en áreas en construcción. Equipados de un brazo manipulador, pueden transportar materiales y, por ejemplo, ser utilizados para la reparación de fisuras sobre los puentes o para la instalación de la señalización. Existe actualmente un proyecto muy importante en el seno de la AHMTC (Advanced Highway Maintenance and Costruction Technology) de Estados Unidos, para desarrollar y comercializar sistemas de barreras automatizadas. El objetivo es el de utilizar vehículos de seguridad para las autopistas, como barreras motorizadas, con características de absorción de choques, que se utilizarán para proteger a los trabajadores que realizan operaciones de mantenimiento de las autopistas. Estos vehículos representan una barrera física entre los trabajadores y el tráfico de la autopista. Resulta más económico mantener esta barrera motorizada que un vehículo convencional, y puede ser remolcada a un lugar de trabajo por un vehículo mecánicamente desacoplado y acoplado electrónicamente para seguir vehículos de mantenimiento durante sus operaciones.

automático de personas desarrollado por la Sociedad ROBOSOFT, localizada en Francia. Se trata de dos aplicaciones, una de tipo taxi (transporte individual solicitado), y el otro un transporte de tipo autobús (transporte colectivo preprogramado). Estos nuevos modos de transporte pueden ser utilizados en sitios protegidos, que reciben grandes concentraciones de personas, las cuales se deben

b) Transporte público robuRIDE a) robuCAB

En sus grandezas, pero también en sus miserias

Figura 4. Robots móviles desarrollados por la Sociedad ROBOSOFT para el transporte de personas.

Los robots, reflejo del ser humano

EL TRABAJO DE OFICINA un robot de servicio multifuncional para trabajar en las oficinas. (figura 3.) Pérez Patricia Liliana Cerda Doctora Patricia Liliana Cerda Pérez Coordinadora del Centro de Investigaciones FCC / UANL cerda35@ hotmail.com

E

EL TRANSPORTE llos, lo mismo exploran el amplio espacio sideral que Estoselrobots pueden ser utilizados la transcuerpotambién humano, para detectar cáncerpara en niños o portación de ypersonas, materiales o en los aeropuertos adultos, hasta anomalías o deformidades desde el para lamaterno. transportación delrobots, equipaje, por citar algunos usos vientre Son los esos personajes utilizaen esta área. dos desde las novelas de ciencia ficción por Isaac Asimov, de que robot de operativamente, este tipo, utilizado para autorUn delejemplo concepto hoy, mueve mi-la transportación de personas, es el sistema de transporte llones de vidas humanas y de dólares: la robótica.

desplazar en distancias relativamente cortas, del orden de algunas fracciones de kilómetros o algunos pocos kilómetros. Pueden ser utilizados en interiores o en exteriores. Podemos citar algunos lugares donde ya se pueden utilizar: De niños, pensábamos en los robots como máquinas Los centros peatonales y semi-peatonales. diseñadas porhistóricos los científicos sólo para agilizar la dinámiLos parques industriales y campus como ca productiva en las fábricas o comoacadémicos, artículos que, bajo las fábricas, sitios industriales, los edificios adminisuna forma humana, podían estar presentes en nuestras trativos de oficinas, los centros y de vidas parao hacer compañía a niñosde o investigación a familias complealta tecnología, las universidades, los centros de investitas, tal como lo presentaba Asimov en su historia titulada losBicentenario. laboratorios, etcétera. Elgación, Hombre

Figura

CONOCIMIENTO

ROBÓTICA

De jóvenes, leíamos acerca de las discusiones laborales y filosóficas en que se pretendía responsabilizar a las máquinas de algo absurdo: eran ellas las causantes del desempleo de miles de obreros o trabajadores que, poco a poco, las industrias alimenticias, metal-mecánicas y otras del género utilizaban para agilizar tiempos de producción.

63

Isaac Asimov Petrovichi, Smoliensk, (1920 - Nueva York, 1992) Escritor estadounidense de origen ruso que destacó especialmente en el género de la ciencia-ficción y la divulgación cientítica. Nacido en el seno de una familia judía, fue el primogénito del matrimonio formado por Judah Asimov y Anna Rachel Berman. Escritor prolífico (más de quinientos títulos publicados) y gran divulgador, la obra futurista de Asimov ha gozado de gran popularidad por el sabio equilibro que consigue entre el estilo, la imaginación

La realidad era otra bien distinta. Lo aprendimos ya siendo adultos.

literaria y el mundo tecnológico y científico. En 1939 empezó a publicar cuentos de ciencia ficción en las revistas especializadas, imponiéndose en pocos años como el principal representante de la rama “tecnológica” de

SISTEMA ECONÓMICO INJUSTO El desempleo, la pobreza y la falta de oportunidades no eran culpa ni de los robots ni de las máquinas que cada año inundan el mercado productivo, sino de un sistema económico dirigido por el hombre, que, en sus contradicciones y paradojas, es incapaz de distribuir la riqueza de modo justo y equilibrado, porque para ello no utiliza la informática o la cibernética, sino las ambiciones de su humano e imperfecto espíritu o conciencia, según se vea.

este género, en la que la visión del mundo futuro y de nuevas formas de

En un mundo tecnologizado al máximo, sostiene el cardenal mexicano Javier Lozano Barragán, ministro de Salud del Estado Vaticano, el hombre vive hoy bajo el riesgo constante de pasar de la tecnología de las necesidades a la creación de la simple tecnología de satisfacción de los deseos, aun aquéllos que son insanos o poco éticos, pues hoy todo lo puede realizar sólo con la herramienta tecnológicamente apropiada.(1).

impulsos egoístas, incuban una profunda hostilidad hacia ellos.

IMPORTANTE APORTACIÓN HUMANA La robótica es una de las aportaciones más grandes que el cerebro del hombre y la mujer crearon desde la tecnología. Imaginación, álgebra, mecánica, electrónica; informática, cables o nanotecnología nos han llevado a un mundo en el cual todavía no sabemos identificar claramente todas sus oportunidades y consecuencias. A través de ella, se establecen esquemas de seguridad en fronteras, países enteros y casas; se exploran campos minados o planetas como Marte; se escriben millones de palabras y se envían al otro lado del mundo en segundos; se realizan cirugías de corazón o consultas psiquiátricas en la llamada “telemedicina”; se agiliza la producción de granos para combatir el hambre. Empero, también con ella, se disparan misiles y bombas que pueden destruir la tierra entera en pocos minutos; se tiene acceso a la pornografía infantil o a los fraudes cibernéticos.

organización social se basa siempre en premisas de carácter científico (aunque más o menos futuristas) y los avances tecnológicos correspondientes. En sus relatos de robots, recogidos en Yo, Robot (1950) y El segundo libro de robots (1964), Asimov fijó las tres leyes de la robótica, que ponen al robot al servicio total del hombre y, aunque algunas veces parecen violarlas, se acaba descubriendo que esto sucede en aras de un interés superior de la Humanidad. Pero mientras los robots evolucionan hacia un modelo androide de inteligencia y lucidez moral superiores a las de los hombres, éstos, movidos por sus

LEYES DE LA ROBÓTICA En todo este complejo contexto, una cosa es clara: no son los robots o la robótica lo que daña el futuro del hombre. Somos nosotros mismos, y, si no, recordemos tan sólo las tres leyes de la robótica que sobre ella definió hace más de 30 años Isaac Asimos: Un robot -sostenía-, no puede dañar a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano resulte dañado; un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes entren en conflicto con la Primera Ley; un robot debe proteger su propia existencia hasta donde esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley (2). De esta forma sencilla comprendimos que los robots, los androides y los hombres biónicos de nuestra niñez y juventud no eran entes perversos o de inspiración satánica. Ellos sólo reflejan nuestras grandezas y nuestras humanas miserias.

(1) Entrevista telefónica. (2) Asimov Isaac, 1984, Los Robots, Ed. Martínez Roca, Barcelona, España, página 494.

8 64

ROBÓTICA ROBÓTICA

Asimov y su robótica literaria

El desarrollo de estas manos y las investigaciones realizadas en el LMS han permitido implantar la estrategia general para la manipulación de objetos con manos robóticas, una aplicación dedicada para la planificación de movimiento de cada uno de los dedos que intervienen en la manipulación, el cálculo de las fuerzas que intervienen en la prensión del objeto, además de una esClaudia Ordaz trategia para la ejecución de tareas de manipulación fina de objetos, en aellacaso de que sea icen que la realidad sobrepasa fantasía, y no es necesario realizar made amplitud importante. para menos. Lanipulaciones literatura, como disciplina artística,

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO se utiliza una metodología para transformar el problema y resolverlo mediante el método de cálculo de distancias en

D

disfraza la realidad con tintes o pinceladas de fantasía, y la ciencia ficción es un género que, por fantástico y futurista, termina por ser visionario. K. Amis definió a este género como: un relato en prosa cuyo tema es una situación que no podría presentarse en el mundo que conocemos, pero cuya base es la hipótesis de una innovación de cualquier orden, de origen humano o extraterrestre, en el campo de la ciencia y la tecnología, o, si se quiere, de la pseudociencia o de la pseudotecnología. La ciencia ficción supone algo que no existe, pero siempre hay literatos arrojados que terminan adelantándose a su época, y llegan a comprobar, después de décadas, que lo escrito por su pluma ha cristalizado en una verdad. VERNE, PADRE DE LA CIENCIA FICCIÓN Es Julio Verne a quien se considera el padre de la ciencia ficción, aunque el boom de este género se dio años después en Estados Unidos, con la publicación de la obra Ralph 124C 41, del escritor Hugo Gernsback, quien fue el primero en introducir el término de CÁLCULO DE FUERZAS Ciencia Ficción. En lo que concierne al cálculo de las fuerzas que intervieen la prensión un objeto, se autora encontraron diversas Otros exponentes nen de este género son:deMary Shelley, metodologías que abordaban el problema de Frankestein; Edgar Allan Poe, Ray Bradbury, quien escribiera utilizando la lineal yA. noHeinlein, lineal. Estos métodos en general Farenheit 451; Arthurprogramación C. Clarke, Robert Aldous no son Feliz”; compatibles con aplicaciones en tiempo real. Se enHuxley, autor de Un Mundo Catherine L. Moore, George contró otroconocemos tipo de metodología que satisface las necesiOrwell, famoso por 1984 (lo que ahora en televisión dades aplicaciones en tiempo real, pero requieren de como el Big Brother; por citar de algunos. ciertos artificios para la resolución del cálculo. En el LMS ASIMOV, VISIONARIO Dentro de esta rama de la literatura, quien introdujo la palabra “robótica” en las letras fue Isaac Asimov; genio, bioquímico, escritor, futurista, visionario, puesto que nuestro mundo cada vez se parece más al que plasmó en sus libros. Isaac Asimov era un niño ruso que vivió en el barrio neoyorquino de Brooklyn, y en su infancia leía comics y libros en los estantes de las tienditas de golosinas que regenteaba su padre, Judah Asimov.

Ingeniera Claudia Ordaz Catedrática del Departamento de Comunicación / ITESM cordaz@itesm. com.mx

el espacio de las fuerzas aplicables sobre el objeto. La finalidad de la realización de estos trabajos es la de abordar y de proponer soluciones a un cierto número de puntos que son todavía sujetos de numerosas investigaciones en la actualidad. PERSPECTIVAS Y PROBLEMÁTICAS El área de manufactura, especialmente en donde interviene la manipulación de productos para el empaquetado, ofrece perspectivas y problemáticas interesantes desde el punto de vista del diseño mecánico, así como el sistema de control de la mano, todo en función de la tarea por desarrollar. La manipulación de objetos mediante manos mecánicas antropomórficas es de importancia esencial en la medida que se desea evitar el contacto humano con el producto, sobre todo en el caso del empaquetado de productos alimenticios. Otras problemáticas abiertas que se deben resolver conciernen a la manipulación de objetos de formas irregulares y a la resolución de la prensión inicial de un objeto en vista de una tarea de manipulación específica.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

Robots móviles articulados

Esta desmedida pasión lo llevaría a escribir sus propios relatos de ciencia ficción cuando era todavía un adolescente, y a venderlos en revistas ahora llamadas pulp. Ya adulto, se comprometería con las ciencias, y llegó a graduarse en Química, para decidirse finalmente a ejercer su profesión de escritor de tiempo completo.

Es Quintero autor deÁlvarez un sinfín de cuentos, novelas de ciencia Patricia ficción y de numerosos artículos científicos. Su legado en el campo de las letras y en la ciencia tiene un valor innegable. más reconocidas son: Robot, esde Sus hacenovelas más de 30 años, la Robótica ha Yo, evolucioFundación, de Acero, El Sol Desnudo ylaLos Propios nadoBóvedas enormemente y principalmente Robótica Dioses.Móvil. Sin embargo, el objetivo inicial de los prime-

D

ROBÓTICA ROBÓTICA

965

SHAKEY, PRIMER ROBOT MÓVIL El primer robot móvil, el Shakey, fue creado en 1967 en Stanford, como resultado de investigaciones en el campo Escritor francés, considerado el fundador de la moderna de la inteligencia artificial. Este robot estaba dotado de literatura de ciencia ficción. Predijo con gran precisión cámaras para percibir el espacio en que se desplazaba, y en sus relatos fantásticos la aparición de algunos de los de dos ruedas motricesproductos para desplazarse. generados por el avance tecnológico del siglo XX, Desde la creación de eselaprimer robot, muchos otros como televisión, los helicópteros, los submarinos o las han sido desarrollados; como, por ejemplo, el robot naves espaciales. Pathfinder, y últimamente los robots Spirit y Opportunity, que forman parte de ingresó los conrobots Rover deEn 1836 su hermano Paul en el seminario sarrollados por la NASA, y cuyo objetivo es ser y retórica en el Saint-Donatien. Más tarde estudió filosofía utilizados la y viajó exploración del planeta Marte. liceo deen Nantes a París, cumpliendo los deseos de su padre, para seguir

Julio Verne

la carrera de leyes. En 1848 comenzó a escribir algunos sonetos y textos de

ros investigadores en esta disciplina no se ha alcanzado columnas artículos fueron recopilados aún: Sus la creación de yuna máquina inteligente capazen delibros perpor los editores de actuar las revistas: cibir, de decidir y de por ellaVenture misma. Science Fiction, Magazine of móvil Fantasy Science Fiction. Un robot esy un vehículo autónomo, equipado

teatro, y dos años más tarde aprobó su tesis doctoral de derecho y optó por la

de una unidad de proceso que le proporciona la inteliNOVELAS DE ROBÓTICA gencia necesaria para desplazarse en un ambiente que Las novelas asimovianas son principalmente de robótica. puede ser conocido o desconocido. Un robot móvil articuLas novelas que escribiría en los años comprendidos entre lado cuenta, además, con varios módulos interconectados 1941sí, y 1982 encuentran plagadas por relatos sobrede roentre y quese proporcionan una mayor independencia bots,al seres humanos, sociedades robotizadas regidas por carga vehículo. sistemas paternalistas y retratos de máquinas inteligentes con sentimientos que Asimov enunciaría por primera DOS TIPOS vez en su obracientífica, Runaround, publicada en 1941, y que sinEn la literatura existen dos tipos muy diferentes tetizaría en las llamadas Tres Leyes de la Robótica. de robots que son llamados robots móviles articulados:

divulgación importante, y recurrió a la docencia para sobrevivir. Desde 1852

por una parte, los robots en los que el chasis es articulado Éstas modificar son: 1) unlarobot no puede de hacer a un ser y permite configuración las daño ruedas, para humano el o, contacto por inacción, un ser humano asegurar con permitir un sueloque accidentado, comosufra por daño; 2)los unrobots robot debe las órdenes por ejemplo Roverobedecer que se utilizan para dadas la explolos seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en ración de Marte; y por otra parte, los robots móviles con conflicto con la Primera Ley; 3) un robot debe proteger su remolques. propia en la en que protección no Aun existencia cuando para el medida desempeño de esta muchos trabajos entre ende conflicto con la Primera o la SegundasuLey. este tipo robots presenta grandes ventajas, principal desventaja estriba en la dificultad de diseñar trayectorias Son estas tres leyes la mayor aportación de Asimov de desplazamiento que garanticen un movimiento seguroa la robótica. Por lo tanto, los robots, en todas sus historias, y libre de colisiones. se Como enfrentaban a situaciones en de las un cuales se vieran un el objetivo principal robot móvil en conconflicto con sus leyes, por ejemplo, el hasta dañar una a un siste en desplazarse de como una posición inicial ser humano que dos o más sean dañados. posición finalpara con evitar una cierta autonomía, para lograrlo, el robot debe utilizar recursos de tipo informático y mecániLEY CERO DE LAfuncionamiento ROBÓTICA co; pero su buen depende también de su Asimov llega más allá, al crear un robot tan sofisticado capacidad para administrar adecuadamente todos sus reque puede tener la reflexión filosófica tal que para protecursos. gerPara al ser hay quelos privarle demóviles su propia libertad. serhumano operacionales, robots deben poAsícomunicarse surgió la llamada Ley operadores, Cero de la robótica, por der con sus planear dictada sus tareas propios robots: Un robot no puede hacer daño a la ylos controlar y asegurar la ejecución de tareas planificadas. porencomendada inacción, permitir que la humanidad Ahumanidad partir de la o, tarea por los operadores, que sufra daño. pueden ser humanos o máquinas, el robot debe tener la capacidad de planificar la mejor manera de lograr la ejeA Asimov se le reconoce como de el padre de la robótica cución de la tarea confiada, a partir su posición actual. en las Susdebe novelas y relatos son por considerados de Para ello,letras. el robot decidir los puntos los que debe culto yy las hayvelocidades una extrañaque fascinación de los para científicos pasar debe alcanzar seguir por la embarcarse en la lectura deliciosa de sus escritos. trayectoria planificada. Esta información es entonces transformada en una visionario, lúdico, fantasioso,de Asimov es, serieHombre de puntos de llegada y de yvelocidades consigna, como tantoslas hombres a su tiempo, atempopara elaborar órdenesadelantados para los actuadores de dirección y moderno; es un tanto como Julio Verne o como Neyral velocidad.

carrera de letras. Sus inicios literarios fueron difíciles, sus piezas de teatro no tuvieron una hasta 1854 trabajó como secretario de E. Seveste, en el Théâtre Lyrique, y publicó algunos relatos en Le musée des familles, como Martín Paz (1852). En 1857 se convirtió en agente de bolsa y empezó a viajar; visitó Inglaterra, Escocia, Noruega y Escandinavia, y continuó sus escritos. Posteriormente conoció al editor Hetzel, quien se interesó por sus textos y le publicó Cinco semanas en globo (1862), obra que lo lanzó al éxito y lo estimuló a proseguir con la temática de la novela de aventuras y fantasía. El mismo editor le encargó una colaboración regular para la revista Magazine déducation et de récréation, y en poco tiempo alcanzó una gran celebridad. Veinte mil leguas de viaje submarino es, entre su extensísima producción, uno de los libros que conserva más íntegro su encanto. Figura 1. Robot Mars Exploration Rover o Spirit abandonando su base en Marte © NASA / JPL Escribió otras obras de gran éxito como Las aventuras del capitán Hatteras (1866), hijos delse capitán Grant con (trilogía, 1868-1870), En torno a la luna Estos dosLos últimos posaron éxito (1870), La islade misteriosa (1874), Miguel Strogoff en los inicios 2004, y participan en las(1876), Un capitán de quince años (1878), Las que tribulaciones de un para chino en China (1879), El faro del fin del investigaciones se realizan conocer la composición suelodel y capitán la geografía de ese mundo (1881) y del Los viajes Cook (1896), entre muchas otras novelas planeta. Estoselrobots se encargan también que superan medio centenar de títulos. de estudiar la historia del clima de Marte, así como la presencia de agua, utilizando Sus textos se popularizaron con rapidez y quedaron entre los grandes clásicos instrumentos capaces de analizar el suelo y de la literatura infantil y juvenil del siglo XX. De su obra póstuma destacan El las rocas encontradas. eterno Adán (1910) o La extraordinaria aventura de la misión Barsac (1920),

en las que un crítico tan poco convencional como Michel Butor ha querido ver un Verne más profundo y escéptico de lo habitual, que tendía a desconfiar

Algunas otras de lasque numerosas aplicaciones que humanos los de las consecuencias podía acarrear para los seres el progreso robotsincesante móvilesde con remolques tienen son: la tecnología y de la ciencia. LA AGRICULTURA AUTÓNOMA El objetivo de esta área de la investigación es el de permitir a un robot móvil articulado realizar una tarea agrícola. groponte, ya que nos presentan un consistió mundo que cabía El objetivo general del proyecto ensólo desarroen sus mentes y que ahora forma parte de una rea-lidad en llar una simulación robótica durante el proceso de transla que vivimos, convivimos y nos movemos. ferencia de granos durante la siembra. Sin embargo, no es la única aplicación de la robótica digitales, como lo escribe en sus móvilSomos en la agricultura. EntreNegroponte otros, existen: textos, y lacisterna robótica ya forma parte de nuestras vidas tal Remolques como lo suponía de dicho modoAsimov, pues ahora Remolques para la-no transportación de animales la robótica cobra mayor fuerza en la medicina, en la bioRemolques para la vendimia tecnología, en la industria automotriz y hasta en nuestros Remolques para la plantación hogares. para la aplicación de fertilizantes Remolques

Maestra Patricia Quintero Álvarez Candidata a doctor por la Universidad de Poitiers, Francia. Catedrática del Instituto Tecnológico de Nuevo León patyqar@ yahoo.com

66 6

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA ROBÓTICA

Fig. 5. Wabot-1 Primer Robot Humanoide de la era Moderna

HUMANOIDES MODERNOS Entre los Robots humanoides modernos, destacan el Wabot-1 (Figura 5), considerado el primer robot humanoide de la era moderna, desarrollado en la Universidad Waseda, de Japón, entre 1970 y 1973, capaz de reconocer la voz y sintetizarla, provisto de piernas funcionales, manos mecánicas y sensores de tacto. Después, la misma Universidad presentó en 1984 al Wabot-2 (Figura 6), que constituyó el primer intento de especializar a un robot para uso doméstico. La actividad seleccionada para el Wabot-2 fue la música, y sería el primer robot con la capacidad de tocar el piano, leyendo al mismo tiempo, con un sistema de visión muy avanzado, las notas de la partitura. Ya en el siglo XXI hemos sido testigos de la aparición de los robots humanoides más avanzados de la historia. La empresa Sony presentó al

Más allá de la descripción por Keith Raniere

L

legará el día para algunos de nosotros en el que muchas de las amistades y amores que atesoramos se hayan ido. Para esos pocos, la cuestión de la vida a veces se vuelve: ¿Qué tanta pérdida puedo soportar? ¿Se ha vuelto el futuro de mi vida meramente una promesa de más pérdida? Mi abuela tiene 97 años. Vive sola en un modesto departamento en Brooklyn, Nueva York y es aún autosuficiente. Cada sábado se peina en el mismo salón de belleza local y dos veces a la semana asiste como voluntaria al Fig. 6. Wabot-2 asilo de ancianos para ayudar a los adultos más “jóvenes”. Ha sobrevivido y perdido a todos sus contemporáneos; ha sobrevivido y perdido al único amor romántico de su vida—hace más de 20 años. Está vieja, frágil, triste, y es la única sobreviviente de una era: la era de Marion RanieSaeed Benjamin Niku, Robotics: Analysis, y Systems, re. HaIntroduction pasado por to muchas dificultades tribulaciones de Applications, ISBN-10: 0130613096, ISBN-13: 978-0130613097 tiempos ahora extintos. ¿Qué tanta más vida / adversidad soportará? Rosheim, Mark Elling, Leonardo´s Lost Robots, 1st ed. 2006. Corr. 2nd Leí un interesante artículo acerca un idioma chileno printing., 2006, XX, 184 p. 200 illus., Hardcover, ISBN: de 978-3-540-28440-6 llamado Yaghan (originalmente Yahgan). Es uno de los www.wikipedia.com idiomas indígenas de Tierra del Fuego y es ampliamente reconocido como un idioma aislado: sin relación directa http://www.neoteo.com/el-robot-de-leonardo-da-vinci.neo con ningún otro idioma. http://www.fi.edu/learn/sci-tech/automaton/automaton. Hay una anciana mujer llamada Cristina Calderón que php?cts=instrumentation vive en Ukika (con una población de 55 personas) en Isla Navarino en Chile. Ella es una autoridad mundial en el http://asimo.honda.com/

idioma Yaghan por la simple razón de que es la última Robot QRIO (Figura 7), que es una persona que lo habla. Muchos académicos, hombres de abreviatura para “Quest for cunegocios y turistas han venido a visitarla para hablar de riosity”, que en español siginifica su predicamento. Incluso hay un movimiento entre algu“Búsqueda de la curiosidad”. Este nos de sus parientes más jóvenes para preservar el idiorobot mide 60 centímetros de alma Yaghan. Por supuesto que ninguno de estos intentos tura, y tiene la capacidad de camipreservará realmente al Yaghan: en el mejor de los casos nar, brincar, bailar y hasta correr preservarán una descripción de la cultura Yaghan reprecon movimientos extremadamente sentada en su idioma. naturales. Robot Las personas para quienes un ciertoFig. idioma 7. es su lenFinalmente, el robot humaHumanoide gua materna entienden más que las definiciones de las pade Sony - Qrio noide más avanzado del mundo labras; experimentan y expresan toda una gestalt cultural hasta el momento corresponde a activada por cada palabra y variación sutil. Por ejemplo, la la empresa HONDA, con ASIMO (Figura 8), abreviatura palabra “siesta” en español latinoamericano significa mude Advanced Step in Innovative Movility, que en español chísimo más que su equivalente nap en inglés. Siesta es significa: “Un Paso Avanzado en Movilidad Innovadora”. una experiencia cultural que trasciende la mera definición ASIMO tiene las habilidades de correr, caminar con suavide la palabra. Sospecho que incluso quienes hablan espadad, subir y bajar escaleras, comunicarse y reconocer las ñol pero son oriundos de España no entienden verdaderavoces y caras de las personas. mente el concepto de “siesta”. Tiene una estatura de 1.20 metros, y fue diseñado a Hace 500 años se hablaban aproximadamente 14,000 propósito con esta altura, para ser un robot de servicio idiomas en todo el mundo. Ese número ha disminuido a doméstico. Dicha estatura le permite alcanzar gabinetes menos de 7,000. Cada uno de estos idiomas perdidos acaarriba y abajo, e interactuar con personas paradas y sentabó residiendo en una última persona, como Cristina Caldedas. De esta forma es útil tanto a personas con discapacirón, quien sobrevivió, aún si brevemente, para ser testigo dad como a personas normales en una casa. de su fin. ¿Debemos permitir a los idiomas morir? ¿Cuál es el valor de mantener vivo un idioma “innecesario”? Imagine que su cultura ya no fuera firmada o expresada en el mundo exterior. Si Ud. es la última persona que habla su idioma, de cierta forma está viviendo su muerte: siendo testigo de que sus manifestaciones en experiencia irreversiblemente dejan de existir. Aún si le enseñara su idioma a otra persona, esa persona sólo tendría una descripción vacía de la cultura sin las experiencias fundacionales: la experiencia del idioma / cultura no puede ser

REFERENCIAS

66y7.indd 1

Fig. 8. Robot de Honda - Asimo

construida a partir de una descripción. Es la naturaleza del idioma como experiencia, indescriptible y personal, lo CONCLUSIONES que muere con la última persona que lo habla. ¿Es esta Estamos muy lejos de tener un humano artificial con la esencia del idioma como experiencia necesaria para enversatilidad e inteligencia de un ser humano; sin embargo, tenderlo? No, no realmente. El latín es una lengua muerta los avances en esa dirección continúan, y en un futuro, sin embargo la usamos y la entendemos. Pero entender posiblemente con la combinación de tecnologías electrola naturaleza del latín, sus sonidos, acentos y sutilezas; mecánicas, biológicas, ingeniería genética, inteligencia eso es otra cosa. Entender esto, con cualquier conjunto artificial y otras ciencias, pudiera llegar a ser realidad el de distinciones pertinentes, se ha perdido para siempre. tan ansiado robot humanoide con las habilidades de un Sólo nos queda la descripción del latín. El latín está por ser humano real.

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

lo tanto muerto aún si un grupo de personas empezaran a hablarlo nuevamente en base a su descripción. La experiencia genera descripción; y con la descripción se pierde algo. Por lo tanto, cualquier experiencia reconstruida a partir de una descripción está incompleta. Al permitirle a un idioma morir, perdemos parte de la cultura humana. Este es un proceso natural; cierta cultura nace, cierta cultura se pierde. Debemos conscientemente decidir qué porciones de la humanidad, o de la cultura humana, causan más destrucción o adversidad si se les mantiene vivas. A veces, los esfuerzos necesarios para preservar un aspecto cultural son simplemente demasiado costosos o imposibles. Por ejemplo, si un grupo de personas pasara tanto tiempo preservando su pasado que no crecieran ni se desarrollaran hacia el futuro. Esta situación representa un tipo diferente de muerte cultural: el estancamiento. Así que la muerte de una cultura, como la muerte de un individuo, es a veces el orden natural de las cosas. Es así para Cristina Calderón y para mi abuela; al no tener contemporáneos con quienes compartir sus culturas; sus experiencias. Mi abuela ciertamente puede descriArnoldo Apolonio Fernández Ramírez bir su vida, pero jamás podrá transmitir las experiencias de su vida; su cultura. Su experiencia cultural personal a investigación en prensión robótica ha conduciha sido reducida a mera descripción para jamás ser comdo al desarrollo de numerosas manos robóticas o partida como experiencia nuevamente. Mi abuela es la úlmecánicas en diferentes laboratorios, desde hace tima persona en hablar su idioma de experiencia de vida más de una veintena de años. El objetivo perseguido con / cultura. tales realizaciones es el de poder, en un periodo de tiempo En general, la experiencia por naturaleza es expresión razonable, reproducir las tareas de manipulación con una y generación más que impresión y evocación. Su experiendestreza cercana a la de la mano humana. cia de algo es un evento fuente; una causa de otros efectos En la actualidad, sistemas de prensión sustituyen de como las descripciones. La descripción, que es un efecto manera ventajosa al hombre en el marco de la producde la experiencia, es lo opuesto. Si algo viene de dentro ción industrial, toda vez que dichos sistemas de prensión es expresión y generación; desde afuera es impresión y (con dedos o neumáticos), como los ilustrados en la figura evocación. proveída por la firma Festo, están limitados a la realización ¿Cuándo es la descripción de una experiencia equivade tareas de manufactura repetitivas, son poco flexibles y lente a la experiencia? no ofrecen todas las capacidades de una mano humana. La respuesta a esta pregunta es: cuando son imposibles de distinguir. Esto no significa que la descripción ha evocado exitosamente la experiencia original; sólo que ha evocado una experiencia suficiente para ser indistinguible de la experiencia original en base a una observación actual. Si entendemos que una experiencia original es el efecto de algún estímulo; entonces nuestra experiencia de una descripción sólo será igual a dicha experiencia original si la descripción es igual al estímulo original. Esto ciertamente no es el caso con ningún idioma o historia personal. MANOS MECÁNICAS POLIARTICULADAS En el caso de mi abuela, sospecho que ninguna cantiPor esta razón, numerosos laboratorios se han dado a la dad de descripción me permitirá (ni a nadie más) recrear tarea de desarrollar manos mecánicas poliarticuladas, con su salsa de tomate (ella es italiana con poderes especiales un aspecto antropomorfo, con la finalidad de explorar sobre cosas como los tomates y las uvas). Más en serio, si nuevas capacidades en la realización de tareas de manipualguien pudiera traer todos los datos sobre la vida de mi lación diestra. Entre todas ellas podemos citar: abuela, y programarlos en una máquina, aún sería posible La mano desarrollada en conjunto distinguir a esa máquina de mi abuela. Creo que esa mápor la Universidad de Utah/MIT en 1983, quina a fin de cuentas fracasaría la prueba de Turing (ver compuesta por cuatro dedos con tres apartado) contra mi abuela. Verá Ud., mediante nuestro falanges cada uno, con dieciséis articumétodo actual de matemática descriptiva y programación, laciones/grados de libertad. no podemos construir la experiencia de mi abuela a partir de su descripción. A nuestras descripciones les falta

Manos robóticas

L

ROBÓTICA ROBÓTICA

7 67

La mano SHADOW, desarrollada en el Reino Unido en 2002, con sus cinco dedos y tres falanges, con un total de veintitrés articulaciones/grados de libertad. La mano desarrollada en Alemania por el DLR con cuatro dedos y tres falanges; cuenta con diecisiete articulaciones/grados de libertad. La más reciente versión fue desarrollada en 2007. * Las manos del LMS, de la Universidad de Poitiers, Francia, desarrollada la primera en 1986 (a la izquierda) y la segunda en 2007. Ambas tienen 16 articulaciones. La diferencia estriba en que la mano más reciente está diseñada teniendo en cuenta el acoplamiento mecánico, tal y como existe en la mano humana entre la falange media y distal.La prueba de Turing propone probar la

capacidad de una máquina para emular la inteligencia humana. Un juez humano utiliza una conversación en lenguaje natural a través del teclado para tratar de distinguir entre un humano y una máquina; si el juez no puede distinguir entre ambos, no habiendo límite de tiempo, entonces se dice que la máquina pasó la prueba. Esta prueba puede ser extendida para que incluya todos los sentidos.

algún “ingrediente secreto” contenido en la salsa de la experiencia. La descripción de una cosa no es la cosa en sí. Este es uno de los conceptos más difíciles de entender en la física: nuestras ecuaciones descriptivas de la física no son la física. A nivel más abstracto, si un objeto tiene cualquier parte que esté más allá de la descripción, sin embargo la descripción es indistinguible del objeto, entonces la parte más allá de la descripción no tiene fuerza o efecto sobre cosa alguna en el universo. Desde una perspectiva práctica esta parte no existiría.

Doctor Arnoldo Apolonio Fernández Ramírez Profesor Titular Departamento de Eléctrica y Electrónica Instituto Tecnológico de Nuevo León arnoldo_fr@ yahoo.fr

01/07/2008 20:08:44

4

68

ROBÓTICA ROBÓTICA

CONOCIMIENTO CONOCIMIENTO

El mapa no es el territorio

herramienta amplificaba el resultado. La siguiente etapa en el descubrimiento de las herraCuando joven, aprendiendo de computación por primera vez, le jugué una broma a un colega a partir del con- mientas llegó cuando el humano ya no tuvo que ejecutar cepto de los mapas y los territorios: el símbolo “2” no es el la actividad, sino que guiaba la herramienta que llevaba a número que representa. En programación de computado- cabo la actividad. La yunta de bueyes es un ejemplo de ras, es posible cambiar los valores de los números asocia- esto; el buey jala la yunta en vez del humano, el human dos con los símbolos (la mayoría de los principiantes no simplemente guía al buey. Este fue el primer tipo de herramienta en suplantar la saben esto). Así que cuando cambié el valor del número representado por el símbolo “2” mi colega tuvo tremendas función humana. Antes de tales herramientas, la fortaleza dificultades para usar su cuenta en la computadora. Una y la resistencia eran de mayor valor para la supervivencia, simple suma como 1+2 igualaba a 5. Esto debido a que la y por lo tanto para la sociedad. Conforme más herramienoperación 1+2 en realidad dice “toma el valor del núme- tas fueron descubiertas, la fortaleza física y la resistencia ro simbolizado por el ‘1’ y añádelo al valor del número se volvieron menos importantes y fueron reemplazadas simbolizado por ‘2’ e imprime el símbolo asociado con el por la habilidad y la coordinación. Finalmente, conforme la complejidad de las herravalor resultante”. El número (territorio) detrás del símbolo (mapa o des- mientas aumentó, los humanos sólo fueron necesitados cripción) es lo importante. Las operaciones simbólicas para poner a las herramientas en movimiento. Estas sólo son buenas si representan consistentemente lo que herramientas podían reemplazar a la función humana y hay detrás. Si la representación no es consistente, 1+2 trabajaban 24 horas al día hasta necesitar reparación o reabastecimiento de combustible. puede igualar a 5. Nuevamente la valoración social cambió para reflejar Como humanos, parecemos tener un interesante modo de operación trascendente de la descripción: percibimos estos descubrimientos. El intelecto se volvió más imporcualidades al igual que cantidades. Por ejemplo, cuando tante que la fuerza bruta o la coordinación. El creador de “vemos” el color rojo, hay un aspecto de esta “visión” más las herramientas, el intelecto inventivo, se convirtió en el allá de la descripción. Para entender esto, imagine tratar más alto valor social. Ahora, al parecer, tenemos máquinas que están emde describir el color rojo a una persona que jamás ha tenido vista. Sin importar lo ingenioso de sus argumentos, pezando a desempeñarse mejor que los humanos en actividades intelectuales como el ajedrez. ¿Es esto indicativo jamás logrará que la persona experimente “ver” el rojo. Cada uno de nuestros sentidos tiene una parte des- del fin de la superioridad intelectual humana? ¿Qué harán criptiva mensurable y una parte de experiencia que no es los humanos si es creada una máquina intelectualmente mensurable, igual que el idioma. Si yo le digo que algo es superior? Puesta la labor física en manos de máquinas rojo, y Ud. está de acuerdo, aún no sabemos si la cualidad inferiores, y siendo los robots más efectivos para las lade rojez que Ud. ve es idéntica a la cualidad de rojez que bores intelectuales, incluyendo la administración de las yo veo. Sólo sabemos que consistentemente le llamamos máquinas inferiores, cual será el propósito de los humaa la misma cosa rojo; la “rojez” está más allá de la des- nos? ¿Llegará un tiempo en el que, como lo predicen los cuentos de ciencia ficción, los robots decidan que los hucripción. Jesús Santana Blanco ¿Cómo es que los aspectos de experiencia manos son simplemente ineficientes y una carga para los a palabra robot es de invariablemente asociada connues- recursos del mundo? nuestros sentidos afectan máquinas que se asemejan a tro losdesempeño? seres humanos. Demos un paso atrás. Esto se debe principalmente a los libros películas En el y2006, se escride ciencia ficción. La palabra robotbió proviene del vocablo una nueva página en el checo “robota”, que significa trabajo realizado de manera libro de historia de los huforzada, y fue introducida en la manos obra decontra teatro R.U.R Roslas máquinas. ¿Tuvo mejor desempeño la computadora de ajedrez sum’s Universal Robots, escritaVictor por elKramnik, autor Checo Karelcamnuestro el humano? Fig. 1.que Robots de R.U.R. Si medimos el desempeño en victorias Capek en 1920, y estrenada en el teatro nacional de Praga jugó y derrotas, sí. Pero si medimos el desempeño en base a peón mundial de ajedrez, ños humanos esclavos. Al cabo deleltiempo, estos roen 1921. contra Deep Fritz, la computadora eficiencia,como puede que le sorprenda resultado. bots se rebelaron contra la raza humana y la llevaron a la En la bibliografía frecuentemente se atribuye a dicho campeona de ajedrez. En resumidas extinción, de modo que quedó una pareja de robots como escritor la paternidad de dicho vocablo; sin embargo, él cuentas, perdimos. La humanidad fue Se dice que un jugador humano de ajedrez del más los nuevos Adán y Eva.analizar hasta 4 jugadas por segundo. mismo reconocería que verdadero creador deeslalapavencidael por su creación. Esta no primealto nivel puede de esta obra sido laalbase de muchas histo-podía labrararobot fue los su hermano vez que humanosJosef son Capek. superados por las máqui- ElLatema computadora queha derrotó humano en ajedrez rias posteriores en 10 libros, y, pordesupuesto, en múltiples Anas: diferencia loun que imaginamos enserie la actualidad, este sólodefue paso más en una progresiva que analizar hasta millones jugadas por segundo: ¡me cuando pensamos en un robot humanoide, el cual visua- películas. inició con el descubrimiento de las herramientas. sorpende que no nos derrotara por mucho más amplio Los robots,¿Cómo como los ensimples la actualidad, son por lizamos como un humano electromecánico, en R.U.R los margen! es entendemos que nuestras 4 jugadas máquinas multifuncionales y programables, robots eran agentes artificiales (Figura 1), hechos de mate- en realidad segundo compiten con 10 millones de jugadas por seguntomar múltiples formas, como las de brazos rial biológico, con base en una fórmula creada por un bri- que pueden do? manipuladores, empleados ampliamente en la manufacllante científico llamado Rossum. Nuestras jugadas son mejores. Nuestras jugadas trasLas primeras herramientas fueron extensiones de las tura cienden industrial, o las de vehículos autónomos con ruedas, la descripción actual de los cálculos. actividades humanas; golpear a un animal con una vara con patasElo día con en aspas, los utilizadosque en exploracioREBELIÓN DEefectivo LOS ROBOTS que como una computadora pueda analizar fue más que golpear al animal con la mano o el nes espaciales, submarinas y aéreas. Dichos agentes se fabricaban en serie, y servían a sus duepié. El humano aún llevaba a cabo la actividad pero la sólo 4 jugadas por segundo pueda vencer a un humano

Robots humanoides

L

Doctor Jesús Santana Blanco Profesor Investigador de Planta Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computacional ITESM, Campus Monterrey santana@ itesm.mx

4y69.indd 1

Valor indescriptible

Reemplazo humano

Fig.

CONOCIMIENTO

con similar poder de análisis, será el día en que yo crea que las computadoras juegan ajedrez mejor que los humanos. Hasta ese día, las computadoras están simplemente ganando por “fuerza bruta” no por intelecto. Cuando yo entro a un museo y veo un antiguo objeto; patas de 8 pies de largo, soportando una superficie plana con un respaldo vertical y dos piezas laterales; casi inmediatamente determino que se trata de un trono. Puedo sentir cómo se sentiría sentarme en él; me puedo imaginar acomodándome en él. Su tamaño, forma y decoración brindan aún más pistas. Jamás he visto una silla o trono que se le parezca y sin embargo puedo identificarlo y clasificarlo con bastante celeridad. Ninguna máquina puede hacer esto tan rápido. Ciertos detalles que utilizo para entender función y clasificación caen en el ámbito indescriptible de la experiencia humana.

A una máquina actualmente sólo se le puede dar, o se puede crear en ella, un mapa de la experiencia humana: a la computadora de ajedrez sólo se le ha dado un mapa del ajedrez humano. La computadora debe luchar contra las imprecisiones del mapa y compensar con fuerza bruta. En ajedrez, el humano construye un patrón a través del tiempo de jugadas y posiciones. Dicho patrón sirve para guiar al jugador humano a considerar opciones de jugadas que son mucho mejores que las aleatorias. La computadora debe elegir jugadas más al azar y en secuencia perdiendo por lo tanto eficiencia. La computadora debe construir su patrón descriptivamente; el humano puede adicionalmente construir en experiencias. Los humanos seguimos reinando supremos como los más eficientes analizadores de ajedrez. ¿Se puede describir al ajedrez tan completamente que el valor de la experiencia humana sea eliminado? Posiblemente. ¿Puede la conducta humana ser descrita tan completamente que los humanos puedan reemplazarse por máquinas? Probablemente no. Un análisis de esta cuestión se reduce a la rojez; o debiera decir las cualidades de la percepción y su posible descripción lógica. Para que máquinas descriptivas sobrepasen a los humanos en todos los aspectos las cualidades como la rojez

ROBÓTICA

69

las volveremos prácticamente inexistentes o las haremos completamente descriptibles. ¿Cómo haríamos inexistentes las cualidades de la experiencia? Para lograr esto crearíamos una descripción tan detallada de la conducta humana que ninguna tecnología podría jamás distinguir entre un humano, usando la experiencia como el origen de la conducta, y la ejecución de esta descripción. Aunque tal ejecución estaría desprovista de cualidades origen, suplantaría a las cualidades en función. Para ver cómo esto podría suceder, examine la diferencia entre una persona con vista y una persona que jamás a ha visto. Sin tecnología la diferencia es vasta. La persona con vista puede hacer muchas más cosas que la persona que jamás ha visto. Ahora agregamos tecnología: la persona que jamás ha visto puede leer un libro, estar consciente de los colores, pero aún no puede manejar cosas como la manuscrita. Pero esta adición de tecnología ilumina la posibilidad de que una persona que jamás ha visto pudiera llegar a tener un funcionamiento indistinguible del de una persona con vista. Si esto sucediera, la cualidad de la experiencia de ver ya no podría ser distinguida de su operación descriptiva. Se le haría efectivamente invisible y por lo tanto prácticamente inexistente. ¿Puede suceder esto? No voy a discutir exhaustivamente este asunto dentro de este artículo; pero ofreceré una consecuencia de una descripción tan completa: no podríamos distinguir entre la máquina operacional descriptiva (lo más probable es que fuera un robot) y un humano. Por lo tanto pederíamos la experiencia de la humanidad y nos encontraríamos siendo el último “hablante” del idioma humano. Como humanos somos un grupo gregario. Aún si estaciono mi auto en la parte más vacía y distante del estacionamiento me encuentro con que a mi regreso mi auto está rodeado de otros autos. Como humanos estamos equipados con neuronas espejo que nos dan la habilidad de crear señales equivalentes en base a observar a otras personas: incluso un infante saca la lengua en respuesta a lo mismo en un adulto. Nuestra habilidad proyectiva nos lleva a tender a crear el mundo internamente a nuestra propia imagen: con frecuencia proyectamos antropomórficamente en objetos inanimados y animales. A través de este método le damos a muchas cosas cualidades y sentimientos humanos. El día que destruyamos nuestra habilidad para distinguir entre humano y no humano habremos sobrepasado a la cultura humana con tecnología. Actualmente, cada uno de nosotros siente que tenemos libre albedrío y experimentamos una auto-consciencia interior. Yo no se esto absolutamente: es posible que yo sea el único auto-consciente y que los demás sólo estén mintiendo. Asumo que no es el caso porque parece que otros humanos son como yo de muchas maneras variadas y complejas. Cuando miro a un ser amado a los ojos me imagino que otra alma como la mía me está mirando. Sospecho que mis neuronas espejo están disparándose como locas diciéndome que esto es así. Sin embargo yo, de ma

01/07/2008 19:34:12

702

CONTENIDO CONOCIMIENTO

ROBÓTICA

La ciencia de la robótica

ROBÓTICA

nera profunda y primitiva, experimento que no estoy sólo. cia artificial y el estudio de la conciencia con este nuevo Tengo a otros con quienes puedo compartir mi idioma cul- tipo de estructura; quizás entonces iremos más allá de la descripción y por primera vez experimentaremos que no tura de la humanidad. 36 Robótica colectiva Si yo aceptase la posibilidad de que soy el único hu- estamos solos: el fin de la antigua lucha. Doctora Angélica Muñoz Meléndez ¿Se puede “construir” una “cosa” que tenga la propiemano consciente a mi manera personal (aún si esta posicompite muere 39 Robótica bilidad siguiera siendo industrial; poco probable peroofuera más que dad emergente de la conciencia? ¿Podemos usar experienSergioindicaría William Sedas un juego de teoría) el finalGersey de una era; la era de cias indescriptibles como bloques para construir y crear niveles aún mayores de complejidad? Quizás. Keith Raniere como humano. no tripulados 41 Vehículos Doctor Marco Tulio Mata Jiménez Si sí nos volvemos expertos en el uso de lo indescripDado aunque fuera sólo un ejemplo de una máquina sin conciencia indistinguible de la función humana, tible, naturalmente empezaremos con unidades simples 44 Robots controlados a través de Internet yo tendría la Doctor certezaJesús de que demás no necesitan ser y cultivaremos objetos cada vez más complejos con asdelos León Morales La doctora Adriana Elizondo más probable quedetodos conscientes como yo para “parecer” tener “alma” humana. pectos de experiencia. LoHerrera toca el es tema la los La Ciencia es Cultura sistema para operar robots de servicio 49 ViRbot: simplemente Estaría atrapado en miuncondición de estar sólo; mi auto de objetos ya tengan este aspecto; robótica pedagógicano enentendela Licenciado Jorge Pedraza experiencia humana Doctor común Jesús Savage educación básica, página si verdaderamente tomamos estacionado más allá de una mos su organización. Pero Ingeniera Claudia Ordaz 18; sobre robótica, empleo esta ruta nos encontraremos (nuestras personas interiores cerca que52 ningún otro autonodriza podría cruzar. Arquitectura de robots heterogéneos móviles e innovación tecnológica Educación Física y Deporte José Luisuna Gordillo la jerarquía del universo Claro que,Doctor si encontramos forma de describir lógi- de experiencia) dentro de escribe el doctor Gustavoque es Doctor Óscar Salas Fraire Alarcón, presidente Finalmente, del es conciencia. camente la experiencia humana, eliminaremos lógicamen- experiencia, es indescriptible, Las Universidades y la Ciencia de controladores difusos para robots seguidores de línea 58 Diseño Consejo de Relaciones no estaremos solos; pero lo que es más importante es que te tanto al libre albedrío como al concepto de un alma. Maestro Jesús López Villalobos Doctor Mario César Laborales, página 20; y más altos aún más allá de Encontraremos que sólo estábamos equivocados respecto experimentaremos nivelesel doctor Carlos Pfeiffer nosoSalinas Carmona Los robots, reflejo ser de humano vez nuestra a nuestra62 naturaleza especial y adel final cuentas nos es- tros (imagine), y por primera aborda, página tecnología…esta 22, el caso de Redacción Doctora Patricia Liliana Cerda Pérez los sistemas de visión para de nueva “tecnología”…puede llevarnos a una experiencia tableceremos junto al tostador como sólo otro aparato del Licenciada Alma Trejo robots. Dios. universo. 64 Asimov y su robótica literaria Licenciado Carlos Joloy Ingeniera Claudia Ordaz Traducido del inglés por Farouk Rojas Diseño

Directorio

Víctor Eduardo Armendáriz Trascendencia 66 Más allá de la descripción Lindsay Jiménez Espinosa Keith Raniere Yo no creo que ninguna de estas cosas sucederá. No creo Arte Gráfico la UANL la conferencia 71 Organiza sea lo suficientemente poderosa como para Arquitecto Rafael Adame Doriaque la lógica Origen de la vida y evolución celular describir completamente la existencia humana: jamás poCirculación y Administración dré describir completamente a una máquina y proProfesor Oliverio Anaya Reconocimiento 72 “rojez” Licenciado Juan Roberto Zavala bablemente tampoco a una persona que jamás ha tenido Rodríguez vista; pero podré usar mi experiencia de rojez de formas

La revista CIENCIA CONOCIMIENTO irremplazables. Esto garantiza que mi experiencia persoTECNOLOGÍA es una publicación nal seguirá siendo valiosa, distinguible y existente para los del Colegio de Estudios demás. Científicos y Tecnológicos de Tampoco creo que la experiencia es una ilusión de la Nuevo León (CECYTENL), con lalógica y los datos. Aún si no tenemos libre albedrío, lo más colaboración de la Coordinación probable es que siempre experimentaremos que sí; nuesde Ciencia y Tecnología tra lógica no tiene la complejidad necesaria para hacer que del Estado de Nuevo León nuestras matemáticas humanas sean determinadas. (COCYTENL). Lo que sí creo es que algo más importante sucederá. Empezaremos a aceptar una perspectiva del mundo más

Teléfonos en la redacción: 8346 orientada a sistemas. Puede que lleguemos a entender algo 7351 y 8346 7499 como lo siguiente: los datos no son sólo datos. Los datos

Portada

tienen otro componente, llamémosle consciencia, cosa [email protected], lo que sea. Esta “cosa” indescriptible se suma y tiene sus propiedades: propiedades que van más allá de Registro solicitado previamente la descripción lógica. Esta cosa equivale a completar “macon el nombre de CONOCIMIENTO temáticamente” la descripción. Si abordamos la inteligen-

Los doctores Vincenzo Sabella, página 24, y Carmelo Otero, página 27, escriben Las opiniones expresadas en los sobre cirugía robótica; el artículos son responsabilidad primero en el área de la Acerca de Executive Success Programs, Inc. exclusiva de sus autores. ginecología, y el segundo en lo con ylos Executive Success Programs, Inc.MR (ESP) ofrece programas de entrenamiento enfocados en crear consistencia enrelacionado todas las áreas problemas cardíacos; sobre ayudar a desarrollar las habilidades prácticas, emocionales e intelectuales que la gente necesita para alcanzar su máximo potencial. MR robots bípedos versa el tema , una ciencia Todos los programas de ESP utilizan una tecnología punta con patente en trámite llamada Cuestionamiento Racional del más doctor J. Antonio Rojas, basada en la creencia que entre más consistentes sean las creencias y patrones de conducta de un individuo, exitoso será en todo páginaque 29;pueden en tantoser que lo que haga. El Cuestionamiento RacionalMR permite a las personas volver a examinar e incorporar percepciones la el doctor Naveen Kella habla base de limitaciones autoimpuestas. sobre la revolución robótica, página 32. Mayores informes: [email protected]

CONOCIMIENTO

ESPECIAL

EDITORIAL71

En la Biblioteca Magna “Rangel Frías”

Robótica

Organiza la UANL la conferencia “Origen de la vida y evolución celular”

La utopía de la robótica E

n esta edición se muestran diversos ejemplos de la aplicación de la nueva ciencia de la robótica al desarrollo de la inteligencia artificial, y de la tecnología al servicio del mundo de la medicina, de la mecatrónica y de la sociedad industrial de excelsa calidad en su precisión motriz. Es lógico comprender que la búsqueda del hombre de una inteligencia artificial que se le parezca en su evolución biológica cerebro-motora, debe ser calificada como una utopía; es decir, como un sueño inalcanzable, pero bello en su deseo inicial; aunque, de ahí a conseguirlo, hay un abismo biológico y conceptual. El cerebro humano y la precisión de las terminaciones nerviosas son producto de una evolución extraordinariamente sofisticada, y los impulsos electromecánicos, así como la conducción sináptica y los existentes, y dadas las condiciones de la atmósfera, se neurotransmisores, son muy difíciles imitar; sinmás complejos. dieronde compuestos embargo, algo puede hacerse para utilizar esta inforcómoque en condiciones de laboratorio y en mación, con el fin de generar robots Mostró humanoides diferentes ocasiones cumplan funciones específicas, parecidas a las del ser se trató de recrear esta situación, y compartió los resultados de sus investigaciones. humano. Expertos de diferentes partes del Lazcano país y deAraujo nues- trabaja para el departamento de Biología de de los la EstaFacultad de Ciencias de la Universidad tra ciudad, así como invitados especiales Nacional Autónoma dos Unidos escriben sobre los avances de la robótica de México, institución en la cual a Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad estudió su carrera y obtuvo el grado de doctor. Es autor de medicina, en mecatrónica, y en tres el control calidad Autónoma de Nuevo en León organizó la Conferencia libros de sobre el origen de la vida. Magistral titulada: “Origen de la Vida y Evolución de los productos manufacturados, así como sobre la caCelular”, que se llevó a cabo el pasado 25 de junioinstrumentos en el BIÓLOGA NORTEAMERICANA pacidad de estos bellos artificiales para auditorio de la Biblioteca “Raúl Rangel Frías”. En el evento “Simbiosis y evolución” fue el título de la conferencia coadyuvar en diferentes servicios a un mejor nivel de participaron los expertos Antonio Lazcano Araujo y Lynn que presentó la reconocida bióloga estadounidense Lynn bienestar social de los usuarios. Margulis. Durante el espacio de su participación explicó Margulis. la postura de simucómo la simbiosis, que es la interacción Los avances en informática, programación, Ante un auditorio lleno,lación, principalmente de la alumnos de biológica entre dos o más organismos, podría ser la clave y también incorporación de instrumentos la facultad, Lazcano Araujo inició la conferencia con su que dio origen a la evolución. imagenológicos funcionan en los nuevos participación denominada:robóticos “El origen ye evolución temprana desediagnóstico y se de la vida”. En ella explicóprocedimientos la idea en la que basan las y tratamiento, Mediante diversas pruebas en material gráfico, investigaciones que ha realizado sobre cómo se originó mostró cómo organismos celulares cambian su ven aprovechados como estrategiaMargulis en los objetivos de 1596 a 1650 la vida a partir de las primeras células provenientes deacompañan la forma este mediante la simbiosis. muchos de los artículos que volumen. “sopa prebiótica o sopa primitiva”. Ojalá que esta ciencia avance y progrese hasta estudió la Lynn Margulis en la Universidad de Chicago y estoy revolcando medida de sus posibilidades, que si bien son muchas, En su intervención, mostró al público diferentes es doctora por la Universidad de California; Me actualmente experimentos de atmósferas en la como tierra y en midetumba al Departamento de Geociencias la noprimitivas son infinitas, locómo señalaneslosprofesora fanáticos del de la se pudieron haber originado las primeras células. Universidad de Massachussets Amherst. imaginar que un robot inteligencia artificial.

L

Pienso, luego existo

DESCARTES

También es necesario recordar que Margulis estos instrumensin ELEMENTOS ESPACIALES ha dedicado gran parte de supuede trabajoexistir, de deben tener un marco ético de comportamiento, El investigador mexicanotossostuvo que en el origen pensar yysin ser. investigación al estudio de la teoría de la simbiogénesis de la Tierra el planeta para estuvo elementos cómode hadestrucción, participado en la evolución. Es autora de diversas que recibiendo no se utilicen como elementos provenientes del espacio, y que al mezclarse con los ya obras sobre el tema. sino fundamentalmente de creación.

Conferencia Nacional de Ciencia A nuestros en la Ciencia de la Robótica yA personajes Tecnología en Monterrey, N.L.

72

ROBÓTICA

CONOCIMIENTO

Monterrey correspondió ser sede, este año (3 y 4 de julio), de la Conferencia Nacional de Ciencia y Tecnología, que se define como una instancia permanente de coordinación entre el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) y la dependencia o entidad de los gobiernos de los estados y el Distrito Federal, competente en materia de fomento a la Juan Roberto Zavala investigación científica y tecnológica. [email protected] Dado que el gobernador de Nuevo León, licenciado José Natividad González Parás, es coordinador de Ciencia Doctor Jesús de León Morales y Tecnología de la CONAGO, como anfitrión de esta reunión integró en la agenda, como invitados especiales, Uno de los más importantes investigadores en las áreas de a importantes personalidades de la educación superior, la control de sistemas no lineales, con aplicación a sistemas ciencia y la tecnología nuestro apaís, y de Estados electromecánicos y ende particular motor de Texas, inducción, máquinas eléctricas y robótica, Jesús de León Morales Unidos.

Doctor Gustavo Alarcón Martínez

Con importantes investigaciones y publicaciones sobre los costos de la industrialización en México; distribución de los ingresos de los trabajadores de la industria manufacturera; inversión extranjera directa mexicana en los Estados Unidos de América; entorno laboral y social en las maquiladoras de Coahuila, y especialmente sobre el impacto en el empleo por la innovación tecnológica, particularmente por causa de la robótica, Gustavo Alarcón Martínez es actualmente presidente del Consejo de Relaciones Laborales y Productividad del Estado de Nuevo León.

es coautor de cuatro capítulos en libros y coautor de 33 artículos científicos publicados en revistas arbitradas. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, nivel 1 y de la Academia Mexicana de Ciencias. Los años 1997 y 1998 la UANL le otorgó el “Premio de Investigación” en las áreas de Ingeniería y Tecnología y Ciencias Exactas.

Es licenciado en Economía por la UANL, y obtuvo su titulo de Maestría en Economía Pública en el Centro de Investigaciones y Docencia Económica. En 1980 obtuvo el grado de de Maestría Economía y en 1982 el de Doctor en Museo HistoriaenMexicana. Ciencias Sociales en Educación, ambos grados académicos de la Universidad Área Tierra | Apertura: de Stanford, en Estados Unidos.

Es licenciado en Física por la UANL y tiene dos maestrías: una en Control Automático del Centro de Investigaciones y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) y otra del Instituto Nacional Politécnico de Grenoble, en Francia. Su Doctorado en Control Automático de Procesos es de la Universidad Claude Bernard Lyon I, en Francia.

Julio 3

Bienvenida: Dr. Luis E. Todd, Director General de la Coordinación de Ciencia y Tecnología de Nuevo León. Introducción: Dr. Manuel Martínez, Presidente de la Red Nacional de Consejos y Organismos Estatales de Ciencia y Tecnología, RedNACECYT. Entusiasta impulsora delSilvia Conocimiento de la Comentarios: Diputada Luna, Presidentaydelalaaplicación Comisión robótica en la educación el año escolar 2007de Ciencia y Tecnología debásica, la Cámaradonde de Diputados. 2008 fomentó creación de 14 Clubes Robótica en igual Inicio de lala Sesión: Mtro. Juan Carlos Romerode Hicks, número de escuelas secundarias públicas, actividad en que Director General del CONACYT.

10:30 Doctora Adriana Elizondo Herrera

logró la participación de cerca de 200 alumnos, cinco de los cuales participaron en un concurso regional de robótica, Adriana Elizondo Herrera es actualmente coordinadora del área de Ciencia Primera (extraordinaria): y Tecnología para Niños en laSesión Secretaría de Educación de Nuevo León.

Panel: La Educación Superior en el Impulso

AGENDA

Ostenta el título dea química parasitóloga la Cienciabacterióloga y a la Innovación Tecnológicapor la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León, y Ponentes: José NarroAgrarias Robles, Rector la UNAM su Maestría y Doctorado enDr.Ciencias esdede la Universidad de Göttingen, en Alemania. Cursó la especialidad en Política y Dr. Rafael Rangelasimismo Sostmann, Rector del Sistema ITESM. Gestión Educativa. profesora Ing. en José la Facultad de Ciencias Biológicas de Antonio González Treviño, Rector 11:00 a EsComentaristas: la UANL. de la UANL | Dr. Rafael López Castañares, Secretario General

13:40

Ejecutivo de la ANUIES | Dr. José Enrique Villa Rivera, Director General del IPN | Dr. Juan M. Sánchez, Vicerrector de Investigación, Universidad de Texas. Consideraciones finales: Lic. José Natividad González Parás, Gobernador de Nuevo Leónvirtuales | Mtro. Juan Romeroautónomos, Hicks, Experto en laboratorios y Carlos vehículos Director General del CONACYT. José Luis Gordillo Moscoso es fundador y responsable del

Doctor José Luis Gordillo Moscoso

laboratorio virtual de robótica y manufactura del ITESM. Ha realizado investigación en la visión computacional para aplicaciones robótica y manufactura, con énfasis en la Comida en ofrecida 14:00 a por visión color, el procesamiento el Gobierno de Nuevo Leónparalelo de imágenes, la síntesis automática de programas de visión y la inferencia de descriptores 16:00 Restaurante Acitrón. Museo de Historia del Noreste (MUNE). visuales en 12-D y 3-D y actualmente en laboratorios virtuales y vehículos autónomos. Ha sido profesor en la UNAM, en la DGIT, en el CINVESTAV y desde 1990 en el ITESM. En 1993 fue profesor visitante en la Universidad de Stanford. Reunión Ejecutiva de la Comisión de Ciencia

y Tecnología de la CONAGO

Es ingeniero industrial por el Instituto Tecnológico de Aguascalientes. 16:15 a Fuera Tiene una maestría en Ciencias especialidad en de la agenda Computacionales, de la Conferencia Nacionalcon de Ciencia Robótica y un16:45 Doctorado en Ciencias de la Computación, ambos grados y Tecnología. académicos del Instituto Politécnico Nacional, de Grenoble, Francia. Es Participan representantes de las entidades integrantes miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I. En 2003 obtuvo el de la Comisión. Premio Rómulo Garza, a la Investigación.

Museo de Historia Mexicana. Área Tierra Segunda Sesión: El Federalismo del Conocimiento, 17:00 a Ciencia y Sociedad Esther Orozco: Apropiación Social de la Ciencia 18:30 Dra. y la Tecnología Ing. José Calderón: Programas de Difusión y Divulgación de la Ciencia

FORROS.indd 1 72y1.indd 1

Julio 4

ASOCIATIVIDAD: GOBIERNO, ACADEMIA Y EMPRESA (TRIPLE HÉLICE) EN LA NUEVA ECONOMÍA DEL CONOCIMIENTO 9:00 a 10:00

Salón Acero delSergio Hotel Holiday Inn Fundidora Doctor Sedas Gersey Tercera Sesión: Agenda del CONACYT Dr. Habiendo José Antonio participado de la Peña: Desarrollo y Académico con laCientífico Universidad Carnegie Mellon en desarrollo del robot con patasy Normatividad “Dante”, que entró en un Dr. el Luis Mier y Terán: Información, Evaluación en el Tecnológico Monte Ferebus, la Antártica, Sergio Dr. volcán Leonardoactivo Ríos: Desarrollo y Negociosen de Innovación

Sedas Gersey ha creado más de 15 sistemas de inspección automática para la industria, y 25 sistemas con robots industriales para fabricación Tercera Sesión Continuación: Agendade piezas automotrices. Sus investigaciones en las áreas de robótica, sistemas de visión inteligente y de la RedNACECYT razonamiento geométrico han sido publicados en revistas especializadas y memorias congresos. Gema Mercado: Homogenización de las Leyes Estatales 10:00 a deDra. de Ciencia, Tecnología e Innovación

Es 11:00 ingeniero en Sistemas Electrónicos por el ITESM, y tiene dos maestrías: Dr. Pedro Luis López de Alba: Integración deylos Programas Estatales ambas por una en Ingeniería Electrónica Computacional otra en Robótica, de Ciencia, Tecnología e Innovación. la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburg, Pennsylvania. Su Doctorado Moreno Mata: Indicadores es FOMIX en RobóticaDr.yAdrián Diseño Computacional de esa misma institución. Ha sido profesor en la Universidad de Carnegie Mellon y en el ITESM, donde actualmente es el director de la carrera de Mecatrónica.

11:00 a 12:30

Cuarta Sesión: Innovación y Transferencia de Doctor Tecnología para la Competitividad Rogelio Soto Rodríguez

Dr. Asdrúbal Flores: Sistemas Regionales de innovación y Transferencia de Tecnología y con numerosas en las áreas de Dr.Experto Herminio Chanona: Experiencia con investigaciones el Modelo ARCO en Chiapas. difusosCámara y control inteligente, con las que se han Ing.sistemas Federico Toussaint: de la Industria de Transformación de Nuevo León

hecho desarrollos tecnológicos en el área de control, en diversas empresas, Rogelio Soto Rodríguez es profesor investigador en el ITESM, donde desde el año 2000 es también Quinta Sesión: Evaluación del Impacto de la Investigación director del Centro de Sistemas Inteligentes. Es miembro en la Ciencia y elNacional Desarrollo del Sistema deTecnológico Investigadores, Nivel I, y autor del 12:30 a libro Modeling and speed control of an induction motor using sliding mode Mtro. Miguel Chávez: Índices de desempeño en Programas y Proyectos de Desarrollo 14:00 technique, publicado en 1990 por University Microfilms International, Elíascapítulos Micha: ¿ Investigación o Desarrollo Tecnológíco? así como deDr.tres en librosCientífica y de numerosos artículos científicos Dra.revistas Rosaura Ruíz Gutierréz:yAcademia Mexicana de Ciencias publicados en indexadas de divulgación.

Es ingeniero en Electrónica por el Instituto Tecnológico de La Laguna, y Sexta Sesión: Visión 2025 Ciencia,por Tecnología tiene una Maestría en Ingeniería Eléctrica el ITESM. Su Doctorado (PhD) en Ingeniería Eléctrica es la Universidad de Texas, en Arlington. Ha sido e Innovación ende México 14:00 a director del Programa Técnico del Simposio Internacional de Inteligencia Martínez: Introducción Artificial delManuel Congreso Mundial en Sistemas Expertos. 15:00 y Dr. Participación voluntaria de los asistentes Dr. Jaime Parada: Comentarios

15:00

Relatoría: Dr. Manuel Martínez Mensaje: Dra. Rosaura Ruíz Gutiérrez Mensaje: Lic. José Natividad González Parás Clausura: Mtro. Juan Carlos Romero Hicks

CONTENIDO

ROBÓTICA

Editorial 3

La utopía de la robótica

La ciencia de la robótica 4

Robots humanoides Doctor Jesús Santana Blanco

7

Manos robóticas Doctor Arnoldo Apolonio Fernández Ramírez

9

Robots móviles articulados Maestra Patricia Quintero Álvarez

12

Un robot en cada casa Traducción y síntesis de Alma Trejo

13

Si existe el súperhombre de Nietzsche… entonces somos nosotros Maestro Rodrigo Soto

16

Homo Cyberneticus vs Homo Sapiens Profesor Ismael Vidales

18

Robótica en educación básica Doctora Adriana Elizondo Herrera

20

Empleo, robótica e innovación tecnológica Doctor Gustavo Alarcón Martínez

22

Sistemas de visión para robots Doctor Carlos Pfeiffer

24

Cirugía robótica en ginecología Doctor Vincenzo Sabella

27

Cirugía robótica cardíaca Doctor Carmelo Otero

29

Robots bípedos Doctor J. Antonio Rojas

Directorio

32

La revolución robótica Doctor Naveen Kella

Director General Doctor Luis Eugenio Todd Subdirector Licenciado Juan Roberto Zavala Director Editorial Félix Ramos Gamiño Educación Profesor Ismael Vidales Delgado Ciencias Básicas y del Ambiente Doctor Juan Lauro Aguirre Desarrollo Urbano y Social Ingeniero Gabriel Todd Ciencias Médicas Doctor David Gómez Almaguer Ciencias Políticas y / o de Administración Pública Contador Público José Cárdenas Cavazos Ciencias de la Comunicación Doctora Patricia Liliana Cerda Pérez

34

Control mental de robots Traducción y síntesis de Félix Ramos Gamiño

Consejo Editorial Presidente del Consejo de Ciencia y Tecnología de Nuevo León Ingeniero Juan Antonio González Aréchiga N. L. Gob. Licenciado Omar Cervantes Rodríguez Director del Programa Ciudad Internacional del Conocimiento Ingeniero Jaime Parada Ávila CAINTRA Ingeniero Xavier Lozano Martínez ITESM M. C. Silvia Patricia Mora Castro UANL Doctor Mario César Salinas Carmona Doctora Diana Reséndez Pérez Doctor Alan Castillo Rodríguez Ingeniero Jorge Mercado Salas

Los robots pueden ser grandes auxiliares del ser humano en diferentes labores cotidianas; así, el doctor Jesús Santana aborda el tema de los robots humanoides, página 4; el doctor Arnoldo Hernández habla sobre las manos robóticas, página 7, y la maestra Patricia Quintero escribe sobre los robots móviles articulados, página 9.

Bill Gates, en una síntesis de la licenciada Alma Trejo, pronostica que en un futuro, habrá un robot en cada hogar, página 12; el maestro Rodrigo Soto, en una paráfrasis de Así hablaba Zaratustra, da voz a los robots, que se levantan como una raza superior, página 13; en tanto que el profesor Ismael Vidales enfrenta al Homo Cyberneticus y al Homo Sapiens, página 16.

01/07/2008 20:13:46 01/07/2008 20:12:39