LA ROBOTICA

WILMER GIMENEZ

ROBOTICA

La robótica es la ciencia que se encarga del estudio, diseño, manufactura y aplicaciones de los

robots. Esta ha ido creciendo de gran manera en los últimos años, consiguiendo crear robots que

pueden ejecutar tareas que son difíciles o imposibles para un ser humano sin poner en riesgo vida o

su salud.

La robótica se ha expandido en diferentes campos; en la actualidad tenemos robots tele-operadores,

androides, zoomórficos, móviles, industriales, médicos, espaciales, poli-articulados y otros.

PARTIDO DE FUTBOL DE LA ROBOCUP 2014

ROBOCUP 2014

ROBOT UTILIZADO EN EL CAMPO MILITAR

ROBOTICA COOPERATIVA

Los escenarios de aplicación de la robótica han evolucionado en las últimas décadas, desde

entornos muy simples y controlados a entornos muy dinámicos en exteriores. Al mismo tiempo,

para afrontar ciertas aplicaciones, la cooperación en grupos de varios robots se ha convertido en

una necesidad. Una tendencia en la actualidad es la investigación en sistemas que consideren la

colaboración entre robots y sensores heterogéneos presentes en el entorno para multitud de

aplicaciones, como robótica de servicio en entornos urbanos, o monitorización de desastres. La

razón fundamental es que estas aplicaciones involucran entornos dinámicos, con condiciones

cambiantes para la percepción, etc. En la mayoría de las ocasiones, un único agente (por ejemplo

un robot o una cámara) no permite conseguir la robustez y eficacia necesarias. En estos casos, la

cooperación de diferentes agentes (robots, sensores en el entorno) puede ser muy relevante.

La robótica se considera colectiva cuando dos o más robots se encuentran desarrollando una tarea

conjunta.

SERPIENTE ROBOTICA PARA EL CAMPO DE LA VIGILANCIA

En la robótica cooperativa existe un problema muy complejo:

¿Cómo se organiza cada robot y su función para completar la tarea global?

Existen varios tipos de organización de los robots; entre los cuales tenemos:

Organización Centralizada

En un sistema centralizado, un agente (el líder) se encarga de planificar la tarea global y ordenar

diferentes funciones al resto del equipo.

El sistema centralizado está limitado debido al líder, en términos de recepción, tratamiento y envío de información.

La recepción y emisión limita el tamaño del equipo y el rango de acción.

El tratamiento de la información limita la velocidad a la que el sistema responde.

El líder es el cuello de botella; el fallo del líder significa fallo del sistema.

Organización Descentralizada

En un sistema descentralizado, cada agente decide su propio comportamiento de una forma autónoma acorde con la

información que obtiene del medio.

La autonomía de los robots evita el cuello de botella

El tamaño del equipo y su rango de acciones es teóricamente ilimitado y escalable.

El equipo es más robusto a fallos individuales.

El diseño de sistemas de grupos de robots descentralizados pueden estar inspirados por otros sistemas descentralizados:

Animales Sociales – “Swarm Robotics”

Swarm Robotics (Robótica de Enjambre)

Se refiere a los métodos de organización de grupos basados en los principios del “Swarm

intelligence”

Swarm Intelligence

Es cualquier intento de diseño de algoritmos o solución de problemas distribuidos inspirados por

comportamientos colectivos de colonias de insectos sociales y otro tipo de sociedades animales.

MICROROBOTICA Y NANOTECNOLOGIA

Microrobotica

La microrobótica es el campo de la robótica en miniatura, en particular, son los robots móviles con

dimensiones y características con tamaños menos de 1mm. El término también puede ser utilizado

para aquellos robots capaces de manipular los componentes de tamaño micrométrico o

manométrico.

Mientras que el prefijo micro se ha utilizado subjetivamente, en el sentido de pequeño, la

estandarización en las escalas de longitud evitan la confusión. Así, un nanorobot tendría

dimensiones características en o por debajo de 1 micrómetro, o manipula los componentes en el

rango de tamaño de 1 a 1000nm. Un micro-robot tiene dimensiones características a menos de 1

milímetro, un millirobot tiene una dimensión inferior a un centímetro, un minirobot tiene una

dimensión inferior a 10cm y un pequeño robot tiene una dimensión inferior a 100cm.

El microbot ha sido posible gracias a la aparición del microcontrolador en los años 90 del

Siglo XX, que es el computador que gobierna al microbot y que se incrusta en el mismo.

Al ser un ordenador limitado, los microbots están dedicados a resolver tareas que no exijan

una elevada potencia y complicados algoritmos, con rapidez y precisión.

Debido a la pequeñez del microcontrolador y a su portabilidad, una característica principal del

microbot es la movilidad, ya que puede llevar insertado el ordenador que lo dirige.

Ha de indicarse que en la actualidad, gracias especialmente a las conexiones inalámbricas tipo

Wi-Fi (por ejemplo, dentro de una red domótica) han aumentado las capacidades de procesado

de los microbots, pudiendo memorizar más datos y realizar tareas más complejas. Cuando el

microbot actúa sin estar controlado por un ordenador externo (con el ordenador apagado), se

dice que actúa en modo autónomo.

HORMIGA ROBOTICA CREADA PARA POBLAR EL PLANETA MARTE

Existen 3 tipos de de microrobots según su escala:

1. Robots en miniatura.

2. Microrobots

3. Nanorobots.

APLICACIONES

Aplicaciones médicas o biológicas

La microrobótica puede aplicarse a un amplio espectro de aplicaciones biológicas dentro de la que

cabe destacar la biotecnología. En esta área se pueden mencionar aplicaciones como el reconocimiento y

localización de células con unas determinadas características, microinyecciones como en el caso de

tratamiento de células infectadas (p.ej., cancerígenas), medida de cantidades eléctricas en una célula,

separación de partículas (p. Ej., esporas), etc. Otro ámbito de investigación de la microrobótica en la

biotecnología con un impacto cada vez más importante es la tecnología genética. Dentro de este ámbito es

posible citar tareas como la manipulación genética o la separación y corte de cromosomas. La

microfabricación es aplicable a áreas como la bioquímica o la industria farmacéutica. Las investigaciones

actuales en estos campos implican la utilización de muestras cada vez más pequeñas de productos y la

fabricación de un mayor número de unidades. Esto implica la necesidad de automatización tanto del proceso

de fabricación como del testeo de los productos finales fabricados.

Otra área en la que es posible encontrar microrobots es la microcirugía. Dentro de la cirugía

es aplicable a múltiples aspectos de la medicina en la que se requiere la miniaturización de los

elementos automáticos de ayuda al cirujano. Algunas de las áreas de aplicación son la cirugía

microvascular, la oftalmología o la neurocirugía. Así mismo, a menudo es posible encontrar

micromanipuladores para la fabricación de dispositivos médicos como sistemas endoscópicos cada

vez más precisos y pequeños, utilizados para el diagnóstico e intervenciones médicas.

Microensamblado

Se puede afirmar que el área en la que más se viene aplicando la microrobótica es en el

Microensamblado de componentes. Este tipo de robots es aplicado al ensamblado masivo de

microsistemas de una manera flexible, automática, rápida y precisa. Un ámbito en el que se aplica el

Microensamblado es en la fabricación de circuitos microelectrónicos. En este caso a menudo es

necesario realizar el ensamblado de semiconductores o componentes electrónicos y ópticos con una

gran precisión. Para realizar esta tarea y para el testeo mecánico y eléctrico de los circuitos

electrónicos se utilizan microrobots.

Mantenimiento

Los microrobots pueden utilizarse también para mantenimiento industrial. En estos

casos el robot se encuentra en el interior de la planta de producción. De esta forma,

cuando se produce un fallo en el sistema, se teleopera al microrobot para realizar la

reparación sin necesidad de desensamblar la planta averiada. En el caso de aplicaciones

de teleoperación utilizando microrobots adquiere una especial importancia, no sólo la

miniaturización de los sensores, sino también el guiado de esta información sensorial

hacia el manipulador. Es por esta razón por lo que a menudo es utilizada únicamente

información visual procedente de microscopios. Por otro lado, los micromanipuladores

para realizar su tarea a menudo utilizan herramientas como microcuchillos, microagujas,

herramientas para microdosificación, microláseres o micropinzas.

Nanotecnología

La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales,

aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y

propiedades de la materia a nano escala.

Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y

propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos

y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

Nanorobots

Son nano dispositivos que se utilizará para el fin de mantener y proteger el cuerpo humanocontra patógenos. Tendrán un diámetro de aproximadamente 0,5 a 3 micrones y se construirán departes con dimensiones en el rango de 1 a 100 nanómetros.

TELEROBOTICA

La Telerobótica es el área de la robótica concerniente al control de robots desde la distancia, principalmente usando conexiones wireless (como Wi-Fi, Bluetooth, la Red del Espacio Profundo, y similares), conexiones "ancladas", o a través de Internet. Es una combinación de dos campos importantes, tele-operación y tele-presencia.

Tele-operación

La Tele-operación significa "hacer el trabajo a distancia", aunque "trabajo" puede significar casi cualquier cosa. Además, el término "distancia" es vago: puede referirse a una distancia física, donde el operador está separado del robot por una larga distancia, pero puede también referirse a un cambio de escala, donde por ejemplo en cirugía robótica un cirujano puede usar tecnología de micro-manipulación para dirigir cirugías a nivel microscópico.

Tele-presencia

La Telepresencia significa "sentir como si estuvieras en algún otro lugar". Algunas personas tienen una interpretación demasiado técnica de esto, en la que insisten que se debe tener pantallas montadas en cascos para ser telepresencia. Otras personas le dan un significado específico de la tarea, donde la "presencia" exige sentir que se está conectado emocional y socialmente con el mundo remoto, aunque esta sea una interpretación un poco vaga.

APLICACIONES DE LA TELEROBOTICA

La robótica, a la que se le aplican los sistemas de transmisión explicados anteriormente,

tiene multitud de utilidades en sectores muy diversos.

Investigación

En el área de la investigación científica se utilizan robots tanto para la exploración del universo, para

acceder a lugares peligrosos en condiciones extremas, incluso existen robots con una gran precisión

para realizar operaciones quirúrgicas.

Un ejemplo de esto es el Dante II, un robot con 8 patas diseñado para caminar como una araña hacia el interior del cráter de volcanes activos, buscando pistas para predecir futuras erupciones. Los científicos que lo controlan están a 80 millas por lo que este es capaz de actuar sin ayuda humana durante cierto tiempo, es decir, tiene una cierta autonomía.

El Nomad es capaz de soportar temperaturas muy bajas, lo que le permite buscar meteoritos

en la Antártida. Se desplaza de forma autónoma con la ayuda de un láser rastreador que escanea el

terreno a su alrededor. Tiene una cámara que busca rocas y las identifica analizando el color, la forma

y el tamaño. Posee un detector de metales porque uno de los principales componentes de los

meteoritos es el hierro.

El Sojourner es un robot con seis ruedas que analiza el terreno con un láser, taladra las

rocas para obtener muestras y hace fotografías para obtener información sobre Marte y averiguar si el

planeta estuvo cubierto por agua. El problema de este robot es que la información de la Tierra tarda

11 minutos en llegar a Marte, lo que hace muy difícil el manejo. Por esto, se investiga en robots con

una cierta autonomía capaz de realizar las tareas por sí mismos.

Detección de explosivos

Un robot diseñado para detectar minas bajo el agua semejante a un anfibio es Ariel.

Otro robot utilizado para esta aplicación es el Mini-Andros, que con sus 4 piernas

articuladas con 2 ruedas cada una pueden hacer subir escaleras fácilmente. Su aspecto es similar al de

un pequeño tanque blindado, con un brazo móvil que puede levantar objetos (hasta 15 libras) y que

con accesorios intercambiables puede romper ventanas, ver en la oscuridad, y desactivar o detonar

bombas directamente con agua, un disparo o colocando cerca bombas más pequeñas.

ROBOTICA MÉDICA

Los robots son manejados a distancia por los cirujanos, de esta forma se da origen a la cirugía

robótica, telepresencia, telecirugía o cirugía asistida por computadoras. Este tipo de cirugía se basa de

conceptos como realidad virtual cibernética y se vislumbra como el arma quirúrgica del sigloXXI.

La Robótica médica incluye a todos los robots que se utilizan durante las operaciones en el

(académico), los hospitales, por ejemplo: portaherramientas pasiva, robots autónomos activos, los

sistemas de sinergia y de los sistemas maestro-esclavo.

En este grupo de investigación, considerando especialmente entre amo y esclavo de sistemas

robot en el que se controla el maestro de la manipulación (a menudo una especie de joystick) por el

cirujano y en la que el manipulador esclavo realiza la operación en el paciente. Una interfaz de la

computadora proporciona la conexión entre el maestro y el esclavo, por lo tanto, de hecho, que

permite al cirujano realizar una operación a distancia y (más importante) en una posición ergonómica

mejor.

Cirugía Laparoscopia AESOP: Un endoscopio comandado por voz.

Ventajas

La utilización de un brazo fijo elimina el problema de temblor por fatiga.

Permite reorganizar el quirófano Liberando un asistente.

Cirugía articular: Se utilizan robots para fresar el hueso en que se va a colocar una prótesis de cadera

o rodilla.

El modelo comercial es:

CASPAR de Ortomaquet:

Precisa 2 anestesias (la primera para colocar 2 tornillos de referencia).

Un software de planificación integra las imágenes scanner y determina la posición óptima de la

prótesis.

Cirugía mínimamente invasiva

DA VINCI

Este sistema manipula instrumentos endoscópicos comandados a distancia por un cirujano

Se compone de:

Una consola maestra con visor estéreo 3D

Un carro de cirugía con 3 brazos de instrumentación (esclavo)

Un carro con los equipos de procesamiento de Imágenes