Revista Conocimiento 78

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A 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 investigación científica y tecnológica.

Dado que el gobernador de Nuevo León, licenciado José Natividad González Parás, es coordinador de Ciencia y Tecnología de la CONAGO, como anfitrión de esta reunión integró en la agenda, como invitados especiales, a importantes personalidades de la educación superior, la ciencia y la tecnología de nuestro país, y de Texas, Estados Unidos.

ConferenciaNacional de Ciencia y Tecnología en Monterrey, N.L.

Julio 3Museo de Historia Mexicana. 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.Comentarios: Diputada Silvia Luna, Presidenta de la Comisión de Ciencia y Tecnología de la Cámara de Diputados.Inicio de la Sesión: Mtro. Juan Carlos Romero Hicks, Director General del CONACYT.

Primera Sesión (extraordinaria):Panel: La Educación Superior en el Impulso a la Ciencia y a la Innovación TecnológicaPonentes: Dr. José Narro Robles, Rector de la UNAMDr. Rafael Rangel Sostmann, Rector del Sistema ITESM.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, Gobernador de Nuevo León | Mtro. Juan Carlos Romero Hicks, Director General del CONACYT.

11:00 a13:40

Comida ofrecida por el Gobierno de Nuevo LeónRestaurante Acitrón. Museo de Historia del Noreste (MUNE).

14:00 a16:00

Reunión Ejecutiva de la Comisión de Ciencia y Tecnología de la CONAGOFuera de la agenda de la Conferencia Nacional de Ciencia y Tecnología.Participan representantes de las entidades integrantes de la Comisión.

16:15 a16:45

Museo de Historia Mexicana. Área TierraSegunda Sesión: El Federalismo del Conocimiento, Ciencia y SociedadDra. Esther Orozco: Apropiación Social de la Ciencia y la TecnologíaIng. José Calderón: Programas de Difusióny Divulgación de la Ciencia

17:00 a18:30

Julio 4

Salón Acero del Hotel Holiday Inn Fundidora Tercera Sesión: Agenda del CONACYTDr. José Antonio de la Peña: Desarrollo Científico y AcadémicoDr. Luis Mier y Terán: Información, Evaluación y NormatividadDr. Leonardo Ríos: Desarrollo Tecnológico y Negocios de Innovación

9:00 a10:00

Tercera Sesión Continuación: Agenda de la RedNACECYTDra. Gema Mercado: Homogenización de las Leyes Estatalesde Ciencia, Tecnología e InnovaciónDr. Pedro Luis López de Alba: Integración de los Programas Estatalesde Ciencia, Tecnología e Innovación.Dr. Adrián Moreno Mata: Indicadores FOMIX

Cuarta Sesión: Innovación y Transferencia de Tecnología para la CompetitividadDr. Asdrúbal Flores: Sistemas Regionales de innovación y Transferencia de TecnologíaDr. Herminio Chanona: Experiencia con el Modelo ARCO en Chiapas. Ing. Federico Toussaint: Cámara de la Industria de Transformación de Nuevo León

Sexta Sesión: Visión 2025 Ciencia, Tecnología e Innovación en MéxicoDr. Manuel Martínez: IntroducciónParticipación voluntaria de los asistentesDr. Jaime Parada: Comentarios

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

10:00 a11:00

11:00 a12:30

Quinta Sesión: Evaluación del Impacto de la Investigación en la Ciencia y el Desarrollo Tecnológico Mtro. Miguel Chávez: Índices de desempeño en Programas y Proyectos de DesarrolloDr. Elías Micha: ¿ Investigación Científica o Desarrollo Tecnológíco?Dra. Rosaura Ruíz Gutierréz: Academia Mexicana de Ciencias

12:30 a14:00

14:00 a15:00

Relatoría: Dr. Manuel MartínezMensaje: Dra. Rosaura Ruíz GutiérrezMensaje: Lic. José Natividad González ParásClausura: Mtro. Juan Carlos Romero Hicks

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CONOCIMIENTOROBÓTICA72

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.

A personajes nuestros en la Ciencia de la Robótica Juan Roberto [email protected]

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 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 de Stanford, en Estados Unidos.

Doctor Sergio Sedas Gersey

Habiendo participado con la Universidad Carnegie Mellon en el desarrollo del robot con patas “Dante”, que entró en un volcán activo en el Monte Ferebus, en la Antártica, Sergio Sedas Gersey ha creado más de 15 sistemas de inspección 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 razonamiento geométrico han sido publicados en revistas especializadas y memorias de congresos.

Es ingeniero en Sistemas Electrónicos por el ITESM, y tiene dos maestrías: una en Ingeniería Electrónica Computacional y otra en Robótica, ambas por la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburg, Pennsylvania. Su Doctorado en Robótica y Diseño Computacional es 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.

Doctor Rogelio Soto RodríguezExperto y con numerosas investigaciones en las áreas de sistemas difusos y control inteligente, con las que se han 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 director del Centro de Sistemas Inteligentes. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I, y autor del

libro Modeling and speed control of an induction motor using sliding mode technique, publicado en 1990 por University Microfilms International, así como de tres capítulos en libros y de numerosos artículos científicos publicados en revistas indexadas y de divulgación.

Es ingeniero en Electrónica por el Instituto Tecnológico de La Laguna, y tiene una Maestría en Ingeniería Eléctrica por el ITESM. Su Doctorado (PhD) en Ingeniería Eléctrica es de la Universidad de Texas, en Arlington. Ha sido director del Programa Técnico del Simposio Internacional de Inteligencia Artificial y del Congreso Mundial en Sistemas Expertos.

Doctor Jesús de León Morales

Uno de los más importantes investigadores en las áreas de control de sistemas no lineales, con aplicación a sistemas electromecánicos y en particular a motor de inducción, máquinas eléctricas y robótica, Jesús de León Morales 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 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.

Doctora Adriana Elizondo Herrera

Entusiasta impulsora del Conocimiento y la aplicación de la robótica en la educación básica, donde el año escolar 2007-2008 fomentó la creación de 14 Clubes de Robótica en igual número de escuelas secundarias públicas, actividad en que 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 y Tecnología para Niños en la Secretaría de Educación de Nuevo León.

Ostenta el título de química bacterióloga parasitóloga por la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León, y su Maestría y Doctorado en Ciencias Agrarias es de la Universidad de Göttingen, en Alemania. Cursó asimismo la especialidad en Política y Gestión Educativa. Es profesora en la Facultad de Ciencias Biológicas de la UANL.

Doctor José Luis Gordillo Moscoso

Experto en laboratorios virtuales y vehículos autónomos, José Luis Gordillo Moscoso es fundador y responsable del laboratorio virtual de robótica y manufactura del ITESM. Ha realizado investigación en la visión computacional para aplicaciones en robótica y manufactura, con énfasis en la visión color, el procesamiento paralelo de imágenes, la

síntesis automática de programas de visión y la inferencia de descriptores 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.

Es ingeniero industrial por el Instituto Tecnológico de Aguascalientes. Tiene una maestría en Ciencias Computacionales, con especialidad en Robótica y un Doctorado en Ciencias de la Computación, ambos grados académicos del Instituto Politécnico Nacional, de Grenoble, Francia. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I. En 2003 obtuvo el Premio Rómulo Garza, a la Investigación.

CONTENIDO

Director GeneralDoctor Luis Eugenio ToddSubdirectorLicenciado Juan Roberto ZavalaDirector EditorialFélix Ramos GamiñoEducaciónProfesor Ismael Vidales DelgadoCiencias Básicas y del AmbienteDoctor Juan Lauro AguirreDesarrollo Urbano y SocialIngeniero Gabriel ToddCiencias MédicasDoctor David Gómez AlmaguerCiencias Políticas y / o de Administración PúblicaContador Público José Cárdenas CavazosCiencias de la ComunicaciónDoctora Patricia Liliana Cerda Pérez

Consejo Editorial

Directorio

Presidente del Consejo de Ciencia y Tecnología de Nuevo LeónIngeniero Juan Antonio González AréchigaN. L. Gob.Licenciado Omar Cervantes RodríguezDirector del Programa Ciudad Internacional del ConocimientoIngeniero Jaime Parada ÁvilaCAINTRAIngeniero Xavier Lozano MartínezITESMM. C. Silvia Patricia Mora CastroUANLDoctor Mario César Salinas Carmona

Doctora Diana Reséndez PérezDoctor Alan Castillo RodríguezIngeniero Jorge Mercado Salas

Editorial La utopía de la robótica

La ciencia de la robótica

Robots humanoidesDoctor Jesús Santana Blanco

Manos robóticasDoctor Arnoldo Apolonio Fernández Ramírez

Robots móviles articuladosMaestra Patricia Quintero Álvarez

Un robot en cada casaTraducción y síntesis de Alma Trejo

Si existe el súperhombre de Nietzsche… entonces somos nosotrosMaestro Rodrigo Soto

Homo Cyberneticus vs Homo SapiensProfesor Ismael Vidales

Robótica en educación básica Doctora Adriana Elizondo Herrera

Empleo, robótica e innovación tecnológicaDoctor Gustavo Alarcón Martínez

Sistemas de visión para robotsDoctor Carlos Pfeiffer

Cirugía robótica en ginecologíaDoctor Vincenzo Sabella

Cirugía robótica cardíacaDoctor Carmelo Otero

Robots bípedosDoctor J. Antonio Rojas

La revolución robóticaDoctor Naveen Kella

Control mental de robotsTraducción y síntesis de Félix Ramos Gamiño

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.

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Julio 4

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CONTENIDO

Consejo Editorial

Directorio

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2 CONOCIMIENTO ESPECIAL 71

Robótica colectivaDoctora Angélica Muñoz Meléndez

Robótica industrial; compite o muere Sergio William Sedas Gersey

Vehículos no tripuladosDoctor Marco Tulio Mata Jiménez

Robots controlados a través de InternetDoctor Jesús de León Morales

ViRbot: un sistema para operar robots de servicioDoctor Jesús Savage

Arquitectura nodriza de robots heterogéneos móvilesDoctor José Luis Gordillo

Diseño de controladores difusos para robots seguidores de líneaMaestro Jesús López Villalobos

Los robots, reflejo del ser humano Doctora Patricia Liliana Cerda Pérez

Asimov y su robótica literaria Ingeniera Claudia Ordaz

Más allá de la descripciónKeith Raniere

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

ReconocimientoLicenciado Juan Roberto Zavala

La Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León organizó la Conferencia Magistral titulada: “Origen de la Vida y Evolución

Celular”, que se llevó a cabo el pasado 25 de junio en el auditorio de la Biblioteca “Raúl Rangel Frías”. En el evento participaron los expertos Antonio Lazcano Araujo y Lynn Margulis.

Ante un auditorio lleno, principalmente de alumnos de la facultad, Lazcano Araujo inició la conferencia con su participación denominada: “El origen y evolución temprana de la vida”. En ella explicó la idea en la que se basan las investigaciones que ha realizado sobre cómo se originó la vida a partir de las primeras células provenientes de la “sopa prebiótica o sopa primitiva”.

En su intervención, mostró al público diferentes experimentos de atmósferas primitivas en la tierra y cómo se pudieron haber originado las primeras células.

ELEMENTOS ESPACIALESEl investigador mexicano sostuvo que en el origen de la Tierra el planeta estuvo recibiendo elementos provenientes del espacio, y que al mezclarse con los ya

En la Biblioteca Magna “Rangel Frías”

Organiza la UANL la conferencia

“Origen de la vida y evolución celular”

existentes, y dadas las condiciones de la atmósfera, se dieron compuestos más complejos.

Mostró cómo en condiciones de laboratorio y en diferentes ocasiones se trató de recrear esta situación, y compartió los resultados de sus investigaciones.

Lazcano Araujo trabaja para el departamento de Biología de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México, institución en la cual estudió su carrera y obtuvo el grado de doctor. Es autor de tres libros sobre el origen de la vida.

BIÓLOGA NORTEAMERICANA“Simbiosis y evolución” fue el título de la conferencia que presentó la reconocida bióloga estadounidense Lynn Margulis. Durante el espacio de su participación explicó la postura de cómo la simbiosis, que es la interacción biológica entre dos o más organismos, podría ser la clave que dio origen a la evolución.

Mediante diversas pruebas en material gráfico, Margulis mostró cómo organismos celulares cambian su forma mediante la simbiosis.

Lynn Margulis estudió en la Universidad de Chicago y es doctora por la Universidad de California; actualmente es profesora del Departamento de Geociencias de la Universidad de Massachussets Amherst.

Margulis ha dedicado gran parte de su trabajo de investigación al estudio de la teoría de la simbiogénesis y cómo ha participado en la evolución. Es autora de diversas obras sobre el tema.

La doctora Adriana Elizondo Herrera toca el tema de la robótica pedagógica en la educación básica, página 18; sobre robótica, empleo e innovación tecnológica escribe el doctor Gustavo Alarcón, presidente del Consejo de Relaciones Laborales, página 20; y el doctor Carlos Pfeiffer aborda, página 22, el caso de los sistemas de visión para robots.

CONTENIDO

La Ciencia es CulturaLicenciado Jorge PedrazaIngeniera Claudia OrdazEducación Física y DeporteDoctor Óscar Salas FraireLas Universidades y la CienciaDoctor Mario César Salinas CarmonaRedacciónLicenciada Alma TrejoLicenciado Carlos JoloyDiseñoVíctor Eduardo ArmendárizLindsay Jiménez EspinosaArte GráficoArquitecto Rafael Adame DoriaCirculación y AdministraciónProfesor Oliverio Anaya Rodríguez

La revista CIENCIA CONOCIMIENTO TECNOLOGÍA es una publicación del Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos de Nuevo León (CECYTENL), con la colaboración de la Coordinación de Ciencia y Tecnología del Estado de Nuevo León (COCYTENL).

Teléfonos en la redacción: 8346 7351 y 8346 7499

[email protected]

Registro solicitado previamente con el nombre de CONOCIMIENTO

Las opiniones expresadas en los artículos son responsabilidad exclusiva de sus autores.

Directorio

Los doctores Vincenzo Sabella, página 24, y Carmelo Otero, página 27, escriben sobre cirugía robótica; el primero en el área de la ginecología, y el segundo en lo relacionado con los problemas cardíacos; sobre robots bípedos versa el tema del doctor J. Antonio Rojas, página 29; en tanto que el doctor Naveen Kella habla sobre la revolución robótica, página 32.

Portada

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nera profunda y primitiva, experimento que no estoy sólo. Tengo a otros con quienes puedo compartir mi idioma cul-tura de la humanidad.

Si yo aceptase la posibilidad de que soy el único hu-mano consciente a mi manera personal (aún si esta posi-bilidad siguiera siendo poco probable pero fuera más que un juego de teoría) indicaría el final de una era; la era de Keith Raniere como humano.

Dado aunque fuera sólo un ejemplo de una máqui-na sin conciencia indistinguible de la función humana, yo tendría la certeza de que los demás no necesitan ser conscientes como yo para “parecer” tener “alma” humana. Estaría atrapado en mi condición de estar sólo; mi auto de experiencia humana común estacionado más allá de una cerca que ningún otro auto podría cruzar.

Claro que, si encontramos una forma de describir lógi-camente la experiencia humana, eliminaremos lógicamen-te tanto al libre albedrío como al concepto de un alma. Encontraremos que sólo estábamos equivocados respecto a nuestra naturaleza especial y a final de cuentas nos es-tableceremos junto al tostador como sólo otro aparato del universo.

Trascendencia

Yo no creo que ninguna de estas cosas sucederá. No creo que la lógica sea lo suficientemente poderosa como para describir completamente la existencia humana: jamás po-dré describir “rojez” completamente a una máquina y pro-bablemente tampoco a una persona que jamás ha tenido vista; pero podré usar mi experiencia de rojez de formas irremplazables. Esto garantiza que mi experiencia perso-nal seguirá siendo valiosa, distinguible y existente para los demás.

Tampoco creo que la experiencia es una ilusión de la lógica y los datos. Aún si no tenemos libre albedrío, lo más probable es que siempre experimentaremos que sí; nues-tra lógica no tiene la complejidad necesaria para hacer que nuestras matemáticas humanas sean determinadas.

Lo que sí creo es que algo más importante sucederá. Empezaremos a aceptar una perspectiva del mundo más orientada a sistemas. Puede que lleguemos a entender algo como lo siguiente: los datos no son sólo datos. Los datos tienen otro componente, llamémosle consciencia, cosa in-descriptible, lo que sea. Esta “cosa” indescriptible se suma y tiene sus propiedades: propiedades que van más allá de la descripción lógica. Esta cosa equivale a completar “ma-temáticamente” la descripción. Si abordamos la inteligen-

Acerca de Executive Success Programs, Inc.

Executive Success Programs, Inc.MR (ESP) ofrece programas de entrenamiento enfocados en crear consistencia en todas las áreas y ayudar a desarrollar las habilidades prácticas, emocionales e intelectuales que la gente necesita para alcanzar su máximo potencial. Todos los programas de ESP utilizan una tecnología punta con patente en trámite llamada Cuestionamiento Racional MR, una ciencia basada en la creencia que entre más consistentes sean las creencias y patrones de conducta de un individuo, más exitoso será en todo lo que haga. El Cuestionamiento RacionalMR permite a las personas volver a examinar e incorporar percepciones que pueden ser la base de limitaciones autoimpuestas.

Mayores informes: [email protected]

cia artificial y el estudio de la conciencia con este nuevo tipo de estructura; quizás entonces iremos más allá de la descripción y por primera vez experimentaremos que no estamos solos: el fin de la antigua lucha.

¿Se puede “construir” una “cosa” que tenga la propie-dad emergente de la conciencia? ¿Podemos usar experien-cias indescriptibles como bloques para construir y crear niveles aún mayores de complejidad? Quizás.

Si sí nos volvemos expertos en el uso de lo indescrip-tible, naturalmente empezaremos con unidades simples y cultivaremos objetos cada vez más complejos con as-pectos de experiencia. Lo más probable es que todos los objetos ya tengan este aspecto; simplemente no entende-mos su organización. Pero si verdaderamente tomamos esta ruta nos encontraremos (nuestras personas interiores de experiencia) dentro de la jerarquía del universo que es experiencia, es indescriptible, es conciencia. Finalmente, no estaremos solos; pero lo que es más importante es que experimentaremos niveles más altos aún más allá de noso-tros (imagine), y por primera vez nuestra tecnología…esta nueva “tecnología”…puede llevarnos a una experiencia de Dios.

Traducido del inglés por Farouk Rojas

En 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 cali-dad 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 con-seguirlo, hay un abismo biológico y conceptual.

El cerebro humano y la precisión de las termi-naciones nerviosas son producto de una evolución extraordinariamente sofisticada, y los impulsos elec-tromecánicos, así como la conducción sináptica y los neurotransmisores, son muy difíciles de imitar; sin embargo, algo puede hacerse para utilizar esta infor-mación, con el fin de generar robots humanoides que cumplan funciones específicas, parecidas a las del ser humano.

Expertos de diferentes partes del país y de nues-tra ciudad, así como invitados especiales de los Esta-dos Unidos escriben sobre los avances de la robótica en medicina, en mecatrónica, y en el control de calidad de los productos manufacturados, así como sobre la ca-pacidad de estos bellos instrumentos artificiales para coadyuvar en diferentes servicios a un mejor nivel de bienestar social de los usuarios.

Los avances en informática, programación, simu-lación, y también la incorporación de instrumentos robóticos e imagenológicos funcionan en los nuevos procedimientos de diagnóstico y tratamiento, y se ven aprovechados como estrategia en los objetivos de muchos de los artículos que acompañan este volumen.

Ojalá que esta ciencia avance y progrese hasta la medida de sus posibilidades, que si bien son muchas, no son infinitas, como lo señalan los fanáticos de la inteligencia artificial.

También es necesario recordar que estos instrumen-tos deben tener un marco ético de comportamiento, para que no se utilicen como elementos de destrucción, sino fundamentalmente de creación.

Pienso, luego existo

DESCARTES1596 a 1650

Me estoy revolcando en mi tumba al imaginar que un robot puede existir, sin pensar y sin ser.

EDITORIAL

La utopía de la robótica

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CONTENIDO

[email protected]

Directorio

Portada

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Trascendencia

EDITORIAL

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CONOCIMIENTOROBÓTICA4 CONOCIMIENTO ROBÓTICA 69

La palabra robot es invariablemente asociada con máquinas que se asemejan a los seres humanos. Esto se debe principalmente a los libros y películas

de ciencia ficción. La palabra robot proviene del vocablo checo “robota”, que significa trabajo realizado de manera forzada, y fue introducida en la obra de teatro R.U.R Ros-sum’s Universal Robots, escrita por el autor Checo Karel Capek en 1920, y estrenada en el teatro nacional de Praga en 1921.

En la bibliografía frecuentemente se atribuye a dicho escritor la paternidad de dicho vocablo; sin embargo, él mismo reconocería que el verdadero creador de la pa-

labra robot fue su hermano Josef Capek. A diferencia de lo que imaginamos en la actualidad,

cuando pensamos en un robot humanoide, el cual visua-lizamos como un humano electromecánico, en R.U.R los robots eran agentes artificiales (Figura 1), hechos de mate-rial biológico, con base en una fórmula creada por un bri-llante científico llamado Rossum.

REBELIÓN DE LOS ROBOTS

Dichos agentes se fabricaban en serie, y servían a sus due-

ños humanos como esclavos. Al cabo del tiempo, estos ro-bots se rebelaron contra la raza humana y la llevaron a la extinción, de modo que quedó una pareja de robots como los nuevos Adán y Eva.

El tema de esta obra ha sido la base de muchas histo-rias posteriores en libros, y, por supuesto, en múltiples películas.

Los robots, como los entendemos en la actualidad, son

en realidad máquinas multifuncionales y programables,

que pueden tomar múltiples formas, como las de brazos manipuladores, empleados ampliamente en la manufac-tura industrial, o las de vehículos autónomos con ruedas, con patas o con aspas, como los utilizados en exploracio-nes espaciales, submarinas y aéreas.

Robots humanoides

Doctor JesúsSantana Blanco

ProfesorInvestigador de Planta

Departamento de Ingeniería

Eléctrica y Computacional

ITESM, Campus Monterrey

[email protected]

Jesús Santana Blanco

Fig. 1. Robots de R.U.R.

con similar poder de análisis, será el día en que yo crea que las computadoras juegan ajedrez mejor que los huma-nos. 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 inme-diatamente determino que se trata de un trono. Puedo sentir cómo se sentiría sentarme en él; me puedo imagi-nar 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 cla-sificarlo con bastante celeridad. Ninguna máquina puede hacer esto tan rápido. Ciertos detalles que utilizo para entender función y clasificación caen en el ámbito indes-criptible de la experiencia humana.

las volveremos prácticamente inexistentes o las haremos completamente descriptibles.

¿Cómo haríamos inexistentes las cualidades

de la experiencia?

Para lograr esto crearíamos una descripción tan detalla-da de la conducta humana que ninguna tecnología podría jamás distinguir entre un humano, usando la experien-cia 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 pudie-ra 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 des-cripción 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 esta-ciono mi auto en la parte más vacía y distante del estacio-namiento me encuentro con que a mi regreso mi auto está rodeado de otros autos. Como humanos estamos equipa-dos 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 antropomórficamen-te en objetos inanimados y animales. A través de este mé-todo le damos a muchas cosas cualidades y sentimientos humanos. El día que destruyamos nuestra habilidad para distinguir entre humano y no humano habremos sobrepa-sado a la cultura humana con tecnología.

Actualmente, cada uno de nosotros siente que tene-mos libre albedrío y experimentamos una auto-conscien-cia 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. Sos-pecho que mis neuronas espejo están disparándose como locas diciéndome que esto es así. Sin embargo yo, de ma

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 tiem-po 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 adicional-mente 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? Posible-mente.¿Puede la conducta humana ser descrita tan completa-mente que los humanos puedan reemplazarse por máqui-nas? 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 hu-manos en todos los aspectos las cualidades como la rojez

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Sin embargo, son los robots humanoides los más repre-sentativos del origen y del reto mayor en la robótica.

DESARROLLO DE LOS ROBOTS HUMANOIDES

La idea de crear máquinas que imitan seres vivos no es nueva. A lo largo de la historia, el hombre se ha sentido fascinado por poder construirlas. Los griegos llamaban a este tipo de máquinas “automatos”, que significa ac-tuar por sí mismo. De este vocablo derivan los términos automático y autómata. Este último término también es utilizado para referirse a los robots, y significa, según la Real Academia Española, máquina que imita la figura y los movimientos de un ser animado.

Ejemplos de autómatas antiguos hay muchos. Herón de Alejandría, matemático e inventor griego, que vivió du-rante el siglo I de nuestra era, creó mecanismos animados movidos con poleas, palancas y dispositivos hidráulicos. El autómata más antiguo que se conserva en la actuali-

dad es el gallo de la catedral de Estrasburgo, el cual, al

dar la hora, movía las alas y el pico; data del año 1352, y su autor es desconocido.

En 1499, Leonardo da Vinci creó, para el rey Luis XII, un león mecánico que se abría el pecho con su garra y mostraba el escudo de armas del soberano.

AUTÓMATAS

HUMANOIDES

En cuanto a autómatas hu-manoides, entre lo más re-levante podemos encontrar un caballero con arma-dura medieval germano-ita-liana, automatizado. El dise-ño original, obra de Leonardo da Vinci, fue encontrado dis-perso entre los manuscritos del genio del Renacimiento, y reconstruido por Mark El-ling Rosheim para una serie televisiva (Figura 2).

Este caballero era ca-paz de recrear varios movimientos humanos, tales como: pararse y mover brazos y cuello; además, contaba con una mandíbula anatómicamente correcta, resultado de los conocimientos de anatomía de Leonardo.

También es conocido el hombre de palo desarrollado

en España en el siglo XVI, para el emperador Carlos V,

por Juanelo Turriano, un

ingeniero prodigioso y

autodidacta. Este autó-mata tenía forma de mon-je, caaminaba y movía la cabeza, ojos, boca y bra-zos. Estaba hecho precisa-mente de palos.

Durante el siglo XVIII se crearon diversos autó-matas humanoides muy ingeniosos, obra principal-

mente de artesanos relojeros, con el objetivo primordial de servir para el entretenimiento. Destacan entre éstos el flautista, el tamborilero y muñecas mecánicas de tamaño humano, de J. de Vaucanson; el jugador de ajedrez, de W. Von Kempelen; el grupo de robots de Jaquet-Droz (Figura 3), un escritor, un artista y un músico, expuestos en el Museo de Arte e Historia en Neuchâtel, Suiza.

Fig. 2. Caballero de Leonardo Da Vinci

Fig. 3. Robots de Droz

Fig. 4. Automata de Maillardet

AUTÓMATA ESCRIBANO

A principios del siglo XIX aparece un autómata mecáni-co humanoide capaz de escribir y dibujar, creado por el mecánico suizo Henri Maillardet (Figura 4), conservado en el instituto Flanklin, de Filadelfia, el cual fue donado al instituto por una familia que lo conservó durante muchos años después de haber sido dañado por un incendio; fue reconstruido por el instituto para su exhibición en 2007, y mostró su magia al escribir tres poemas; dos en francés y uno en inglés, así como realizar cuatro dibujos, entre los cuales destacan una estructura china y un barco. Una ca-racterística compartida por todos los autómatas anterio-res es su naturaleza primordialmente mecánica.

La robótica moderna nace con la electrónica y el inven-to de la computadora. Un robot manipulador industrial moderno está hecho con partes mecánicas, movido por motores hidráulicos o neumáticos, pero principalmente por motores eléctricos. Su cerebro controlador es una computadora.

Con todo el desarrollo tan notable de la ciencia y la tecnología durante el siglo XX, en todos los campos, pero particularmente, para el caso de los robots, en la elec-trónica, la miniaturización en los circuitos integrados, las computadoras programables cada vez más pequeñas y poderosas, sistemas de visión artificial, sistemas de reco-nocimiento de voz y el desarrollo de la inteligencia artifi-cial, se ha hecho posible la creación de robots humanoides mucho muy sofisticados que se acercan cada día más a las características de los seres humanos.

El mapa no es el territorioCuando joven, aprendiendo de computación por pri-

mera vez, le jugué una broma a un colega a partir del con-cepto de los mapas y los territorios: el símbolo “2” no es el número que representa. En programación de computado-ras, es posible cambiar los valores de los números asocia-dos con los símbolos (la mayoría de los principiantes no saben esto). Así que cuando cambié el valor del número representado por el símbolo “2” mi colega tuvo tremendas dificultades para usar su cuenta en la computadora. Una simple suma como 1+2 igualaba a 5. Esto debido a que la operación 1+2 en realidad dice “toma el valor del núme-ro simbolizado por el ‘1’ y añádelo al valor del número simbolizado por ‘2’ e imprime el símbolo asociado con el valor resultante”.

El número (territorio) detrás del símbolo (mapa o des-cripción) es lo importante. Las operaciones simbólicas sólo son buenas si representan consistentemente lo que hay detrás. Si la representación no es consistente, 1+2 puede igualar a 5.

Como humanos, parecemos tener un interesante modo de operación trascendente de la descripción: percibimos cualidades al igual que cantidades. Por ejemplo, cuando “vemos” el color rojo, hay un aspecto de esta “visión” más allá de la descripción. Para entender esto, imagine tratar de describir el color rojo a una persona que jamás ha te-nido vista. Sin importar lo ingenioso de sus argumentos, jamás logrará que la persona experimente “ver” el rojo.

Cada uno de nuestros sentidos tiene una parte des-criptiva mensurable y una parte de experiencia que no es mensurable, igual que el idioma. Si yo le digo que algo es rojo, y Ud. está de acuerdo, aún no sabemos si la cualidad de rojez que Ud. ve es idéntica a la cualidad de rojez que yo veo. Sólo sabemos que consistentemente le llamamos a la misma cosa rojo; la “rojez” está más allá de la des-cripción.

¿Cómo es que los aspectos de experiencia de nuestros sentidos afectan nues-

tro desempeño? En el 2006, se escri-

bió una nueva página en el libro de historia de los hu-

manos contra las máquinas. Victor Kramnik, nuestro cam-

peón mundial de ajedrez, jugó contra Deep Fritz, la computadora

campeona de ajedrez. En resumidas cuentas, perdimos. La humanidad fue

venci- da por su creación. Esta no es la prime-ra vez que los humanos son superados por las máqui-nas: este sólo fue un paso más en una serie progresiva que inició con el descubrimiento de las herramientas.

Reemplazo humano

Las primeras herramientas fueron extensiones de las actividades humanas; golpear a un animal con una vara fue más efectivo que golpear al animal con la mano o el pié. El humano aún llevaba a cabo la actividad pero la

herramienta amplificaba el resultado. La siguiente etapa en el descubrimiento de las herra-

mientas llegó cuando el humano ya no tuvo que ejecutar la actividad, sino que guiaba la herramienta que llevaba a cabo la actividad. La yunta de bueyes es un ejemplo de esto; el buey jala la yunta en vez del humano, el human simplemente guía al buey.

Este fue el primer tipo de herramienta en suplantar la función humana. Antes de tales herramientas, la fortaleza y la resistencia eran de mayor valor para la supervivencia, y por lo tanto para la sociedad. Conforme más herramien-tas fueron descubiertas, la fortaleza física y la resistencia se volvieron menos importantes y fueron reemplazadas por la habilidad y la coordinación.

Finalmente, conforme la complejidad de las herra-mientas aumentó, los humanos sólo fueron necesitados para poner a las herramientas en movimiento. Estas herramientas podían reemplazar a la función humana y trabajaban 24 horas al día hasta necesitar reparación o reabastecimiento de combustible.

Nuevamente la valoración social cambió para reflejar estos descubrimientos. El intelecto se volvió más impor-tante que la fuerza bruta o la coordinación. El creador de las herramientas, el intelecto inventivo, se convirtió en el más alto valor social.

Ahora, al parecer, tenemos máquinas que están em-pezando a desempeñarse mejor que los humanos en acti-vidades intelectuales como el ajedrez. ¿Es esto indicativo del fin de la superioridad intelectual humana? ¿Qué harán los humanos si es creada una máquina intelectualmente superior? Puesta la labor física en manos de máquinas inferiores, y siendo los robots más efectivos para las la-bores intelectuales, incluyendo la administración de las máquinas inferiores, cual será el propósito de los huma-nos? ¿Llegará un tiempo en el que, como lo predicen los cuentos de ciencia ficción, los robots decidan que los hu-manos son simplemente ineficientes y una carga para los recursos del mundo?

Demos un paso atrás.

Valor indescriptible

¿Tuvo mejor desempeño la computadora de ajedrez que el humano? Si medimos el desempeño en victorias y derrotas, sí. Pero si medimos el desempeño en base a eficiencia, puede que le sorprenda el resultado.

Se dice que un jugador humano de ajedrez del más

alto nivel puede analizar hasta 4 jugadas por segundo. La computadora que derrotó al humano en ajedrez podía analizar hasta 10 millones de jugadas por segundo: ¡me sorpende que no nos derrotara por mucho más amplio margen! ¿Cómo es que nuestras simples 4 jugadas por segundo compiten con 10 millones de jugadas por segun-do?

Nuestras jugadas son mejores. Nuestras jugadas tras-cienden la descripción actual de los cálculos.

El día en que una computadora que pueda analizar sólo 4 jugadas por segundo pueda vencer a un humano

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Robots humanoides

[email protected]

de la experiencia?

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AUTÓMATAS

HUMANOIDES

AUTÓMATA ESCRIBANO

Reemplazo humano

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REFERENCIASSaeed Benjamin Niku, Introduction to Robotics: Analysis, Systems, Applications, ISBN-10: 0130613096, ISBN-13: 978-0130613097

Rosheim, Mark Elling, Leonardo´s Lost Robots, 1st ed. 2006. Corr. 2nd printing., 2006, XX, 184 p. 200 illus., Hardcover, ISBN: 978-3-540-28440-6

www.wikipedia.com

http://www.neoteo.com/el-robot-de-leonardo-da-vinci.neo

http://www.fi.edu/learn/sci-tech/automaton/automaton.php?cts=instrumentation

http://asimo.honda.com/

HUMANOIDES MODERNOS

Entre los Robots humanoides modernos, desta-can 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 mecáni-cas 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 avanza-dos de la historia. La empresa Sony presentó al

Robot QRIO (Figura 7), que es una abreviatura para “Quest for cu-riosity”, que en español siginifica “Búsqueda de la curiosidad”. Este robot mide 60 centímetros de al-tura, y tiene la capacidad de cami-nar, brincar, bailar y hasta correr con movimientos extremadamente naturales.

Finalmente, el robot huma-

noide más avanzado del mundo

hasta el momento corresponde a

la empresa HONDA, con ASIMO (Figura 8), abreviatura

de Advanced Step in Innovative Movility, que en español significa: “Un Paso Avanzado en Movilidad Innovadora”. ASIMO tiene las habilidades de correr, caminar con suavi-dad, subir y bajar escaleras, comunicarse y reconocer las voces y caras de las personas.

Tiene una estatura de 1.20 metros, y fue diseñado a propósito con esta altura, para ser un robot de servicio doméstico. Dicha estatura le permite alcanzar gabinetes arriba y abajo, e interactuar con personas paradas y senta-das. De esta forma es útil tanto a personas con discapaci-dad como a personas normales en una casa.

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

Fig. 6. Wabot-2

Fig. 7. Robot Humanoide de Sony - Qrio

CONCLUSIONES

Estamos muy lejos de tener un humano artificial con la versatilidad e inteligencia de un ser humano; sin embargo, los avances en esa dirección continúan, y en un futuro,

posiblemente con la combinación de tecnologías electro-

mecánicas, biológicas, ingeniería genética, inteligencia

artificial y otras ciencias, pudiera llegar a ser realidad el

tan ansiado robot humanoide con las habilidades de un

ser humano real.

Fig. 8. Robot de Honda - Asimo

lo tanto muerto aún si un grupo de personas empezaran a hablarlo nuevamente en base a su descripción. La expe-riencia 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 demasia-do 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 si-tuación 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 cultu-ras; sus experiencias. Mi abuela ciertamente puede descri-bir su vida, pero jamás podrá transmitir las experiencias de su vida; su cultura. Su experiencia cultural personal ha sido reducida a mera descripción para jamás ser com-partida como experiencia nuevamente. Mi abuela es la úl-tima persona en hablar su idioma de experiencia de vida / cultura.

En general, la experiencia por naturaleza es expresión y generación más que impresión y evocación. Su experien-cia de algo es un evento fuente; una causa de otros efectos como las descripciones. La descripción, que es un efecto de la experiencia, es lo opuesto. Si algo viene de dentro es expresión y generación; desde afuera es impresión y evocación.

¿Cuándo es la descripción de una experiencia equiva-lente a la experiencia?

La respuesta a esta pregunta es: cuando son imposi-bles 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 des-cripción 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.

En el caso de mi abuela, sospecho que ninguna canti-dad de descripción me permitirá (ni a nadie más) recrear su salsa de tomate (ella es italiana con poderes especiales sobre cosas como los tomates y las uvas). Más en serio, si alguien pudiera traer todos los datos sobre la vida de mi abuela, y programarlos en una máquina, aún sería posible distinguir a esa máquina de mi abuela. Creo que esa má-quina a fin de cuentas fracasaría la prueba de Turing (ver apartado) contra mi abuela. Verá Ud., mediante nuestro método actual de matemática descriptiva y programación, no podemos construir la experiencia de mi abuela a par-tir de su descripción. A nuestras descripciones les falta

algún “ingrediente secreto” contenido en la salsa de la ex-periencia.

La descripción de una cosa no es la cosa en sí. Este es uno de los conceptos más difíciles de entender en la físi-ca: 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 prác-tica esta parte no existiría.

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.

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La investigación en prensión robótica ha conduci-do al desarrollo de numerosas manos robóticas o mecánicas en diferentes laboratorios, desde hace

más de una veintena de años. El objetivo perseguido con tales realizaciones es el de poder, en un periodo de tiempo razonable, reproducir las tareas de manipulación con una destreza cercana a la de la mano humana.

En la actualidad, sistemas de prensión sustituyen de

manera ventajosa al hombre en el marco de la produc-

ción industrial, toda vez que dichos sistemas de prensión (con dedos o neumáticos), como los ilustrados en la figura proveída por la firma Festo, están limitados a la realización de tareas de manufactura repetitivas, son poco flexibles y no ofrecen todas las capacidades de una mano humana.

La mano SHADOW, desarrollada en el

Reino Unido en 2002, con sus cinco dedos y tres falanges, con un total de veintitrés ar-ticulaciones/grados de libertad.

La mano desarrollada en Alemania por el

DLR con cuatro dedos y tres falanges; cuenta con diecisiete articulaciones/grados de liber-tad. 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 dise-ñada teniendo en cuenta el acoplamiento mecánico, tal y como existe en la mano humana entre la falange media y distal.

Manos robóticas

Doctor Arnoldo Apolonio Fernández RamírezProfesor TitularDepartamento de Eléctrica y ElectrónicaInstituto Tecnológico de Nuevo León [email protected]

Arnoldo Apolonio Fernández Ramírez

MANOS MECÁNICAS POLIARTICULADAS

Por esta razón, numerosos laboratorios se han dado a la tarea de desarrollar manos mecánicas poliarticuladas, con un aspecto antropomorfo, con la finalidad de explorar nuevas capacidades en la realización de tareas de manipu-lación diestra. Entre todas ellas podemos citar:

La mano desarrollada en conjunto por la Universidad de Utah/MIT en 1983, compuesta por cuatro dedos con tres

falanges cada uno, con dieciséis articu-

laciones/grados de libertad.

Llegará el día para algunos de nosotros en el que mu-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 de-partamento en Brooklyn, Nueva York y es aún autosufi-ciente. Cada sábado se peina en el mismo salón de belleza local y dos veces a la semana asiste como voluntaria al 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 Ranie-re. Ha pasado por muchas dificultades y tribulaciones de tiempos ahora extintos. ¿Qué tanta más vida / adversidad soportará?

Leí un interesante artículo acerca de un idioma chileno llamado Yaghan (originalmente Yahgan). Es uno de los idiomas indígenas de Tierra del Fuego y es ampliamente reconocido como un idioma aislado: sin relación directa con ningún otro idioma.

Hay una anciana mujer llamada Cristina Calderón que vive en Ukika (con una población de 55 personas) en Isla Navarino en Chile. Ella es una autoridad mundial en el

idioma Yaghan por la simple razón de que es la última persona que lo habla. Muchos académicos, hombres de negocios y turistas han venido a visitarla para hablar de su predicamento. Incluso hay un movimiento entre algu-nos de sus parientes más jóvenes para preservar el idio-ma Yaghan. Por supuesto que ninguno de estos intentos preservará realmente al Yaghan: en el mejor de los casos preservarán una descripción de la cultura Yaghan repre-sentada en su idioma.

Las personas para quienes un cierto idioma es su len-gua materna entienden más que las definiciones de las pa-labras; experimentan y expresan toda una gestalt cultural activada por cada palabra y variación sutil. Por ejemplo, la palabra “siesta” en español latinoamericano significa mu-chísimo más que su equivalente nap en inglés. Siesta es una experiencia cultural que trasciende la mera definición de la palabra. Sospecho que incluso quienes hablan espa-ñol pero son oriundos de España no entienden verdadera-mente el concepto de “siesta”.

Hace 500 años se hablaban aproximadamente 14,000 idiomas en todo el mundo. Ese número ha disminuido a menos de 7,000. Cada uno de estos idiomas perdidos aca-bó residiendo en una última persona, como Cristina Calde-rón, quien sobrevivió, aún si brevemente, para ser testigo 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 expresa-da 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 experien-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 funda-cionales: la experiencia del idioma / cultura no puede ser

Más allá de la descripciónpor Keith Raniere

construida a partir de una descripción. Es la naturaleza del idioma como experiencia, indescriptible y personal, lo que muere con la última persona que lo habla. ¿Es esta esencia del idioma como experiencia necesaria para en-tenderlo? No, no realmente. El latín es una lengua muerta sin embargo la usamos y la entendemos. Pero entender la naturaleza del latín, sus sonidos, acentos y sutilezas; eso es otra cosa. Entender esto, con cualquier conjunto de distinciones pertinentes, se ha perdido para siempre. Sólo nos queda la descripción del latín. El latín está por

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HUMANOIDES MODERNOS

Fig. 6. Wabot-2

CONCLUSIONES

ser humano real.

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Manos robóticas

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El desarrollo de estas manos y las investigaciones rea-lizadas 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 intervie-

nen en la manipulación, el cálculo de las fuerzas que intervienen en la prensión del objeto, además de una es-trategia para la ejecución de tareas de manipulación fina de objetos, en el caso de que sea necesario realizar ma-nipulaciones de amplitud importante.

CÁLCULO DE FUERZAS

En lo que concierne al cálculo de las fuerzas que intervie-nen en la prensión de un objeto, se encontraron diversas metodologías que abordaban el problema utilizando la programación lineal y no lineal. Estos métodos en general no son compatibles con aplicaciones en tiempo real. Se en-

contró otro tipo de metodología que satisface las necesi-

dades de aplicaciones en tiempo real, pero requieren de

ciertos artificios para la resolución del cálculo. En el LMS

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

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 investiga-ciones en la actualidad.

PERSPECTIVAS Y PROBLEMÁTICAS

El área de manufactura, especialmente en donde intervi-ene 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 ob-jetos de formas irregulares y a la resolución de la prensión inicial de un objeto en vista de una tarea de manipulación específica.

Esta desmedida pasión lo llevaría a escribir sus propios relatos de ciencia ficción cuando era todavía un adolescen-te, y a venderlos en revistas ahora llamadas pulp. Ya adul-to, se comprometería con las ciencias, y llegó a graduar-se en Química, para decidirse finalmente a ejercer su pro-fesión de escritor de tiempo completo.

Es autor de un sinfín de cuentos, novelas de ciencia

ficción y de numerosos artículos científicos. Su legado

en el campo de las letras y en la ciencia tiene un valor

innegable. Sus novelas más reconocidas son: Yo, Robot, Fundación, Bóvedas de Acero, El Sol Desnudo y Los Propios Dioses.

Sus columnas y artículos fueron recopilados en libros por los editores de las revistas: Venture Science Fiction, Magazine of Fantasy y Science Fiction.

NOVELAS DE ROBÓTICA

Las novelas asimovianas son principalmente de robótica. Las novelas que escribiría en los años comprendidos entre 1941 y 1982 se encuentran plagadas por relatos sobre ro-bots, seres humanos, sociedades robotizadas regidas por sistemas paternalistas y retratos de máquinas inteligen-tes con sentimientos que Asimov enunciaría por primera vez en su obra Runaround, publicada en 1941, y que sin-tetizaría en las llamadas Tres Leyes de la Robótica.

Éstas son: 1) un robot no puede hacer daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño; 2) un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en conflicto con la Primera Ley; 3) un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley.

Son estas tres leyes la mayor aportación de Asimov a

la robótica. Por lo tanto, los robots, en todas sus historias, se enfrentaban a situaciones en las cuales se vieran en un conflicto con sus leyes, como por ejemplo, el dañar a un ser humano para evitar que dos o más sean dañados.

LEY CERO DE LA ROBÓTICA

Asimov llega más allá, al crear un robot tan sofisticado que puede tener la reflexión filosófica tal que para prote-ger al ser humano hay que privarle de su propia libertad. Así surgió la llamada Ley Cero de la robótica, dictada por

los propios robots: Un robot no puede hacer daño a la

humanidad o, por inacción, permitir que la humanidad

sufra daño.

A Asimov se le reconoce como el padre de la robótica en las letras. Sus novelas y relatos son considerados de culto y hay una extraña fascinación de los científicos por embarcarse en la lectura deliciosa de sus escritos.

Hombre visionario, lúdico, y fantasioso, Asimov es,

como tantos hombres adelantados a su tiempo, atempo-

ral y moderno; es un tanto como Julio Verne o como Ne-

groponte, ya que nos presentan un mundo que sólo cabía en sus mentes y que ahora forma parte de una rea-lidad en la que vivimos, convivimos y nos movemos.

Somos digitales, como Negroponte lo escribe en sus textos, y la robótica ya forma parte de nuestras vidas tal como lo suponía -no de dicho modo- Asimov, pues ahora la robótica cobra mayor fuerza en la medicina, en la bio-tecnología, en la industria automotriz y hasta en nuestros hogares.

Escritor francés, considerado el fundador de la moderna

literatura de ciencia ficción. Predijo con gran precisión

en sus relatos fantásticos la aparición de algunos de los

productos generados por el avance tecnológico del siglo XX,

como la televisión, los helicópteros, los submarinos o las

naves espaciales.

En 1836 ingresó con su hermano Paul en el seminario

Saint-Donatien. Más tarde estudió filosofía y retórica en el

liceo de Nantes y viajó a París, cumpliendo los deseos de su padre, para seguir

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

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

carrera de letras.

Sus inicios literarios fueron difíciles, sus piezas de teatro no tuvieron una

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

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.

Escribió otras obras de gran éxito como Las aventuras del capitán Hatteras

(1866), Los hijos del capitán Grant (trilogía, 1868-1870), En torno a la luna

(1870), La isla misteriosa (1874), Miguel Strogoff (1876), Un capitán de quince

años (1878), Las tribulaciones de un chino en China (1879), El faro del fin del

mundo (1881) y Los viajes del capitán Cook (1896), entre muchas otras novelas

que superan el medio centenar de títulos.

Sus textos se popularizaron con rapidez y quedaron entre los grandes clásicos

de la literatura infantil y juvenil del siglo XX. De su obra póstuma destacan El

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

de las consecuencias que podía acarrear para los seres humanos el progreso

incesante de la tecnología y de la ciencia.

Julio Verne

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Desde hace más de 30 años, la Robótica ha evolucio-nado enormemente y principalmente la Robótica Móvil. Sin embargo, el objetivo inicial de los prime-

ros investigadores en esta disciplina no se ha alcanzado aún: la creación de una máquina inteligente capaz de per-cibir, de decidir y de actuar por ella misma.

Un robot móvil es un vehículo autónomo, equipado

de una unidad de proceso que le proporciona la inteli-

gencia necesaria para desplazarse en un ambiente que

puede ser conocido o desconocido. Un robot móvil articu-lado cuenta, además, con varios módulos interconectados entre sí, y que proporcionan una mayor independencia de carga al vehículo.

DOS TIPOS

En la literatura científica, existen dos tipos muy diferentes de robots que son llamados robots móviles articulados: por una parte, los robots en los que el chasis es articulado y permite modificar la configuración de las ruedas, para asegurar el contacto con un suelo accidentado, como por ejemplo los robots Rover que se utilizan para la explo-ración de Marte; y por otra parte, los robots móviles con remolques.

Aun cuando para el desempeño de muchos trabajos este tipo de robots presenta grandes ventajas, su principal desventaja estriba en la dificultad de diseñar trayectorias de desplazamiento que garanticen un movimiento seguro y libre de colisiones.

Como el objetivo principal de un robot móvil con-

siste en desplazarse de una posición inicial hasta una

posición final con una cierta autonomía, para lograrlo, el robot debe utilizar recursos de tipo informático y mecáni-co; pero su buen funcionamiento depende también de su capacidad para administrar adecuadamente todos sus re-cursos.

Para ser operacionales, los robots móviles deben po-der comunicarse con sus operadores, planear sus tareas y controlar y asegurar la ejecución de tareas planificadas. A partir de la tarea encomendada por los operadores, que pueden ser humanos o máquinas, el robot debe tener la capacidad de planificar la mejor manera de lograr la eje-cución de la tarea confiada, a partir de su posición actual. Para ello, el robot debe decidir los puntos por los que debe pasar y las velocidades que debe alcanzar para seguir la trayectoria planificada.

Esta información es entonces transformada en una serie de puntos de llegada y de velocidades de consigna, para elaborar las órdenes para los actuadores de dirección y velocidad.

SHAKEY, PRIMER ROBOT MÓVIL

El primer robot móvil, el Shakey, fue creado en 1967 en Stanford, como resultado de investigaciones en el campo de la inteligencia artificial. Este robot estaba dotado de cámaras para percibir el espacio en que se desplazaba, y de dos ruedas motrices para desplazarse.

Desde la creación de ese primer robot, muchos otros

han sido desarrollados; como, por ejemplo, el robot

Pathfinder, y últimamente los robots Spirit y Opportu-

nity, que forman parte de los robots Rover de-

sarrollados por la NASA, y cuyo objetivo es ser utilizados en la exploración del planeta Marte.

Robots móviles articuladosPatricia Quintero Álvarez

Algunas otras de las numerosas aplicaciones que los robots móviles con remolques tienen son:

LA AGRICULTURA AUTÓNOMA

El objetivo de esta área de la investigación es el de permitir a un robot móvil articulado realizar una tarea agrícola.

El objetivo general del proyecto consistió en desarro-llar una simulación robótica durante el proceso de trans-ferencia de granos durante la siembra.

Sin embargo, no es la única aplicación de la robótica móvil en la agricultura. Entre otros, existen:Remolques cisterna

Remolques para la transportación de animales

Remolques para la vendimia

Remolques para la plantación

Remolques para la aplicación de fertilizantes

Figura 1. Robot Mars Exploration Rover o Spirit abandonando su base en Marte © NASA / JPL

Estos dos últimos se posaron con éxito en los inicios de 2004, y participan en las investigaciones que se realizan para conocer la composición del suelo y la geografía de ese planeta. Estos robots se encargan también de estudiar la historia del clima de Marte, así como la presencia de agua, utilizando instrumentos capaces de analizar el suelo y las rocas encontradas.

Maestra Patricia Quintero ÁlvarezCandidata a doctorpor la Universidad de Poitiers, Francia.Catedrática del Instituto Tecnológicode Nuevo Leó[email protected]

Dicen que la realidad sobrepasa a la fantasía, y no es para menos. La literatura, como disciplina artística, disfraza la realidad con tintes o pinceladas de fantasía,

y la ciencia ficción es un género que, por fantástico y futu-

rista, termina por ser visionario. K. Amis definió a este género como: un relato en prosa cuyo tema es una situación que no po-dría presentarse en el mundo que conocemos, pero cuya base es la hipótesis de una innovación de cualquier orden, de origen hu-mano 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 Ciencia Ficción.

Otros exponentes de este género son: Mary Shelley, autora de Frankestein; Edgar Allan Poe, Ray Bradbury, quien escribiera Farenheit 451; Arthur C. Clarke, Robert A. Heinlein, Aldous

Huxley, autor de Un Mundo Feliz”; Catherine L. Moore, George

Orwell, famoso por 1984 (lo que conocemos ahora en televisión como el Big Brother; por citar algunos.

ASIMOV, VISIONARIO

Dentro de esta rama de la literatura, quien introdujo la palabra “robótica” en las letras fue Isaac Asimov; genio, bioquímico, escri-tor, 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 neo-yorquino de Brooklyn, y en su infancia leía comics y libros en los estantes de las tienditas de golosinas que regenteaba su padre, Judah Asimov.

Asimov y su

robótica literaria

Ingeniera Claudia OrdazCatedrática del Departamento

de Comunicación / ITESM

[email protected]

Claudia Ordaz

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CÁLCULO DE FUERZAS

sufra daño.

naves espaciales.

carrera de letras.

Julio Verne

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DOS TIPOS

ASIMOV, VISIONARIO

Asimov y su

robótica literaria

[email protected]

Claudia Ordaz

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

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 auto-

matizadas. El objetivo es el de utilizar vehículos de segu-ridad 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 ve-hículo convencional, y puede ser remolcada a un lugar de trabajo por un vehículo mecánicamente desacoplado y acoplado electrónicamente para seguir vehículos de man-tenimiento durante sus operaciones.

EL TRABAJO DE OFICINA

un robot de servicio multifuncional para trabajar en las oficinas. (figura 3.)

EL TRANSPORTE

Estos robots también pueden ser utilizados para la trans-portación de personas, materiales o en los aeropuertos para la transportación del equipaje, por citar algunos usos en esta área.

Un ejemplo de robot de este tipo, utilizado para la transportación de personas, es el sistema de transporte

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

a) robuCAB

b) Transporte público robuRIDE

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

desplazar en distancias relativamente cortas, del orden de algunas fracciones de kilómetros o algunos pocos kilóme-tros. Pueden ser utilizados en interiores o en exteriores. Podemos citar algunos lugares donde ya se pueden utili-zar: Los centros históricos peatonales y semi-peatonales.

Los parques industriales y campus académicos, como

las fábricas, sitios industriales, los edificios adminis-

trativos o de oficinas, los centros de investigación y de alta tecnología, las universidades, los centros de investi-gación, los laboratorios, etcétera.

De jóvenes, leíamos acerca de las discusiones laborales y filosóficas en que se pretendía respon-sabilizar 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.

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

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 contradic-ciones 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 hu-mano e imperfecto espíritu o conciencia, según se vea.

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 necesi-

dades a la creación de la simple tecnología de satisfac-

ción de los deseos, aun aquéllos que son insanos o poco éticos, pues hoy todo lo puede realizar sólo con la herra-mienta tecnológicamente apropiada.(1).

IMPORTANTE APORTACIÓN HUMANA

La robótica es una de las aportaciones más grandes que el cerebro del hombre y la mujer crearon desde la tec-nología.

Imaginación, álgebra, mecánica, electrónica; informáti-ca, 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 bom-

bas que pueden destruir la tierra entera en pocos minutos; se tiene acceso a la pornografía infantil o a los fraudes cibernéticos.

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

Isaac AsimovPetrovichi, 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

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

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

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

impulsos egoístas, incuban una profunda hostilidad hacia ellos.

LEYES DE LA ROBÓTICA

En todo este complejo contexto, una cosa es clara: no sonlos 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 hu-mano 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 satáni-

ca. Ellos sólo reflejan nuestras grandezas y nuestras

humanas miserias.

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Los parques públicos, los parques de atracciones, los

centros vacacionales, los parques temáticos y cul-

turales, los sitios arqueológicos, los grandes museos, etcétera. Los aeropuertos, estaciones de tren, centrales de

autobuses, para sus conexiones internas y externas a sus terminales, a los estacionamientos, al centro de las ciudades, etcétera. Los hospitales, los asilos, las casas de reposo y conva-

lecencia, etcétera.

Los grandes centros comerciales.

Aunque estos robots se utilizan principalmente sin remolques, también pueden utilizarse como trenes, pues ambos pueden ser equipados con un sistema de unión in-material, que permite construir trenes de vehículos. Esta unión inmaterial puede usar un láser localizado en la par-te delantera de cada vehículo o bien una cámara lineal que conste de emisores instalados en el vehículo precedente.

LA EXPLORACIÓN EN AMBIENTES HOSTILES

LA INVESTIGACIÓN

Existen muchísimos centros de investigación donde los robots móviles con remolques son utilizados para ensayar nuevas técnicas para la planificación de trayectorias sin colisión y el control; tal es el caso del robot móvil Hilaire 2 y su remolque que fue diseñado en el LAAS de Toulouse.

Figura 5. Sistema de cooperación de Robots Heterogéneos de la Universidad de Sevilla.

En ambientes hostiles o de difícil acceso, los robots móviles articulados pueden ayudar a la búsqueda y localización. Pueden también ser utilizados para la transportación de materiales peligrosos.El Robot desarrollado por la Universidad de Sevilla, en España, está compuesto de un robot móvil articulado y de un helicóptero autónomo, que es utilizado para la búsqueda y localización en lugares de difícil acceso.

EL SERVICIO

Estos robots pueden ser de gran utilidad en la lucha

contra los incendios y el terrorismo. Existen ya en uso remolques que se han creado para ser utilizados en la ex-tinción de fuegos. Estos robots también pueden utilizarse para ayudar a las personas con incapacidades.

Figura 6. El robot móvil Hilare 2 con su remolque en el LAAS

ActivMedia Robotics. Estos robots juegan un papel suma-mente importante, pues permiten a los jóvenes investiga-dores y a los estu-diantes realizar pruebas de campo para verificar y comprobar los resultados de trabajos que ayu-dan al desarrollo de la Robótica.

Como podemos ver, cada día son mayores las aplica-

ciones que podemos dar a este tipo de robots, por lo que

la investigación científica y el desarrollo tecnológico, en

este campo de la ciencia, seguirá dando frutos todavía

por muchos años más.

Otro ejemplo de robot de este tipo, muy utilizado en la investigación, es el Robot desarrollado por la Compañía

Doctora Patricia Liliana

Cerda PérezCoordinadora

del Centro de Investigaciones

FCC / UANL cerda35@

hotmail.com

Ellos, lo mismo exploran el amplio espacio sideral que el cuerpo humano, para detectar cáncer en niños o adultos, y hasta anomalías o deformidades desde el

vientre materno. Son los robots, esos personajes utiliza-dos desde las novelas de ciencia ficción por Isaac Asimov, autor del concepto que hoy, operativamente, mueve mi-llones de vidas humanas y de dólares: la robótica.

En sus grandezas, pero también en sus miserias

Los robots, reflejo del ser humano De niños, pensábamos en los robots como máquinas

diseñadas por los científicos sólo para agilizar la dinámi-

ca productiva en las fábricas o como artículos que, bajo una forma humana, podían estar presentes en nuestras vidas para hacer compañía a niños o a familias comple-tas, tal como lo presentaba Asimov en su historia titulada El Hombre Bicentenario.

Patricia Liliana Cerda Pérez

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LA CONSTRUCCIÓN

EL TRANSPORTE

a) robuCAB

humanas miserias.

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LA INVESTIGACIÓN

EL SERVICIO

FCC / UANL cerda35@

hotmail.com

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En la actualidad, el mercado global del robot atravie-sa por un gran cambio. Del ambiente que giraba en torno a los robots industriales, brazos robotizados

que realizan cirugías, robots de vigilancia que desactivan bombas y robots que aspiran pisos, a la creación de robots inteligentes que se parecen más a los seres humanos y mascotas, se ha dado un gran salto.

En edición especial de la revista Scientific American, de 2008, aparece el artículo “Un robot en cada hogar”, en 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.

AMBIENTE PROPICIO

Menciona que el ambiente ac-tual en este campo es parecido al que suscitó la revolución infor-mática en los años 70. Aspectos que poco a poco se han ido pre-sentando, como el abatimiento en

los altos costos de los componentes necesa-rios para fabricar robots, la creciente dis-ponibilidad 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 ho-

gares, cada vez son más baratos y cada

vez avanzamos más rápido, dice Gates, y agrega que en la actualidad hay en el mun-do más de dos millones de robots que limpian los sue-los, 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 un robot en cada casa, para la realización de tareas domésticas, y la asociación japonesa de robots predice

que para 2025 la industria global de los robots persona-

les tendrá un valor superior a los 50 billones de dólares

anuales, un salto sustancial respecto del valor actual, que es de cinco billones, insiste Gates.

NUEVA GENERACIÓN DE CEREBROS

Estos nuevos robots estarán destinados, por ejemplo, al cuidado de ancianos, un campo que preocupa mucho en países donde la población envejece rápidamente.

Por lo tanto un equipo liderado por Gates y Tandy Trower, ejecutivo de Microsoft, después de un estudio en diversas universidades norteamericanas, se prepara para desarrollar una nueva generación de cerebros que busque

nuevas utilidades para su plataforma más allá de las fun-ciones de limpiar o versiones de entretenimiento baratas.

Actualmente, con apoyo de sus investigadores y otros centros universitarios, se propician los fundamentos para permitir que programas desarrollados para un equipo de hardware sean compatibles con otros.

El artículo señala que el nuevo entorno

de programación para robots de la compa-

ñía se compara con el que existía cuando

se desarrolló el lenguaje Basic, en los años

70 del siglo pasado. Pero, para que la industria robótica pue-

da dar el mismo tipo de salto espectacular que en esa época, crearon un juego de he-rramientas de programación que prove-yera 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 pro-cedentes de múltiples sensores y enviar las órdenes a los motores de los robots.

Es un reto que se conoce como concurrencia, puntua-liza 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 software en sus diseños, la cual ha sido descargado más de 150 mil veces desde 2006.

LA ROBÓTICA ESTÁ DE MODA

La robótica está de moda y lo que vamos a conseguir en los próximos años nos va a dejar asombrados. A medida que estos aparatos sean accesibles a los consumidores, deto-narán un impacto profundo en la forma en que trabaja-mos, nos comunicamos, aprendemos y nos entretenemos, de manera similar a lo que pasó con las computadoras personales hace 30 años.

Funcionó con la industria de la PC y volverá a funcio-nar con estos “ayudantes domésticos”, que nos cuiden en la vejez, que seguramente serán diferentes a la “Robotina” del idílico mundo interespacial de los “Supersónicos”.

Un robot en cada casa

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

Tomado de la Revista Scientific American

Traducción y síntesis de

Alma Trejo

Dice Bill Gates 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 cuan-to al sensado; asimismo, se adicionó un sistema de codi-ficadores 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 regula-dor simple para interconectar, a través de una sola fuente de poder, el robot, nueve volts.

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 dis-ponible, 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 pre-vio de la pista, y apoya la nueva decisión del robot para encontrar la ruta más corta.

Figura 6. Implementación de elementos de sensado al robot seguidor de línea.

AGRADECIMIENTOS

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

[1] H. N. Pishkenari, S. H. Mahboobi, and A. Meghdari, “On the Optimum Design of Fuzzy Logic Controller for Trajectory Tracking Using Evolutionary Algorithms”, Proceedings of the 2004 lEEE Conference on Cybernetics and Intelligent Systems Singapore, 1-3 December, 2004, 660-665.

[2] I. Baturone, F. J. Moreno-Velo, S. Sánchez-Solano, V. Blanco, J. Ferruz., “Embedded Fuzzy Controllers on Standard DSPs”, Proc. IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2005), Croatia, June 2005.

[3] T. A. Henzinger, J. Sifakis, “The Discipline of Embedded Systems Design”, IEEE Computer Society, USA, October 2007, pp. 32-40.

[5] D. L. Hung, “Dedicated Digital Fuzzy Hardware”, Proceeding of the IEEE Micro, IEEE, August 1995, USA, pp. 31–39.

REFERENCIAS

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Así hablaron los robots

Si existeel superhombre de Nietzsche…entonces somos nosotros

Maestro Rodrigo Soto Consultor / Economía de las Ideas [email protected]

Todo era cuestión de tiempo y estrategia; esperamos pacientemente, y de ahí que la planeación espacio-tiempo no pudo ser mejor, y la estrategia fue eje-

cutada con precisión quirúrgica. Ahora los resultados son claros y benéficos para todos.

Nunca antes habíamos estado en esta simbiosis; es-tamos en paz, pues las guerras se han eliminado. Existe igualdad entre los hombres y entre las mujeres; la equidad de género era algo fundamental; ahora no se explota a la gente, sino que a cada quien se le coloca en el trabajo para el cual es apto, de acuerdo a sus habilidades intrínsecas y para lo que fue diseñado.

Ahora no hay asaltos, no hay violaciones, no hay

corrupción, no hay tráfico, no hay racismo; acabamos

con la amenaza del calentamiento global, destruimos la

inequidad indestructible, “la pobreza”; eliminamos las religiones, respetamos todas las formas de vida y les o-frecemos su espacio para coexistir.

UTOPÍA

La palabra “utopía” no era exclusiva de una novela huma-na, sino que es ahora la realidad del presente. Nunca el planeta Tierra se sintió tan tomado en cuenta, pero es que

ahora las decisiones son

para el beneficio grupal, no

para el de unos cuantos.

Pero tengo que recono-cer que solamente hay una especie que no está con-forme con este nuevo or-den. Claro, debe ser porque

ahora los miembros de

esta especie no se sienten

en la cúspide de la cadena

evolutiva; pero, si quieren saber la verdad, nunca lo es-

tuvieron.

Ellos son nuestros padres, nos dieron vida; pero, al igual que ellos superaron las expectativas de la naturaleza con su camino evolutivo, nosotros nos desarrollamos en la misma forma por la evolución de Darwin, misma que ellos siempre pregonaron.

EL VERDADERO

SÚPERHOMBRE

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-

Rodrigo Soto

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

La lógica difusa parte de este hecho, como estrategia de predicción y linealización de sistemas, sin tener que usar matemáticas duras que se tienen en los sistemas de control clásico y moderno; además, tienen la versatilidad de convivir con otras técnicas que “simulan” el pensa-miento humano, el cual basa sus decisiones en información previa y lógica. La utilización de variables lingüísticas para la interpretación de las variables, tanto de entrada como de salida de un sistema, da la facilidad de implementación de ideas simples en agentes que decidirán, de acuerdo a una estructura definida, qué acción seguir.

Figura 2. Modelo de un autómata,

en el cual se ve el entorno que mediante

sensores detecta las variables y determina qué acciones sigue.

A continuación, se muestra la estrategia simple usada para el robot, en el cual las reglas de condición y acción son las que definen su comportamiento.

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.

Para la implementación de una estrategia se utiliza la lógica difusa, la cual, basada en la máquina de inferencia, decidirá qué hacer de acuerdo a las variables de entorno. Para esto se utilizan tres técnicas usadas para las opera-ciones matemáticas con las cuales se relacionan todas las variables, en este caso lingüísticas: Mandami, Zadeh y Larsen. Para cada variable se hace una selección de forma en la cual se ajusta al comportamiento real de la misma, pudiendo ser de acuerdo a lo estimado de alguna de las siguientes formas a considerar: triangular, gaussiana y singletones. En la figura, se muestra el caso de una de las variables a considerar para un controlador pequeño con un solo módulo de decisión, el valor y posición de cada uno de los subconjuntos mostrados dependen, como ya se mencionó, del comportamiento de la variable y a la expe-

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

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.

Para validar el comportamiento de este agente, se usa-ron dos herramientas (Xfuzzy™ y MATLAB©), las cuales coincidieron en cuanto a su respuesta de acuerdo a los estímulos de las variables recibidas. Una de las herramien-tas a su vez genera código ejecutable en una arquitectura embebida o computadora personal, y se tiene la opción de generación en C, C++ y Java, para fines de aplicación. En nuestro problema específico se utilizó C únicamente, quedando la evaluación en las otras plataformas que son soportadas en la tarjeta Omniflash.

Figura 5. Sistema completo para el controlador basado en tres módulos de algoritmos difusos, compuestos de reglas de condición acción.

Notese en la figura 5, que se tienen dos módulos idén-ticos de dirección, para que se tenga la construcción y síntesis adecuada en la herramienta; el otro módulo es de la inercia. Las variables de entrada son la detección de las líneas de la pista y la velocidad de los motores que mueven al robot; para las salidas se tiene el control de la velocidad de los motores, mediante la técnica tradicional de modulación de ancho de pulso, así como la dirección del robot, que conjuga arreglos en el sentido de la co-rriente de los actuadores (motores). Se debe mencionar la implementación de otras técnicas, con otras herramientas, que dan flexibilidad al diseñador.

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AMBIENTE PROPICIO

Alma Trejo

AGRADECIMIENTOS

REFERENCIAS

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UTOPÍA

tuvieron.

EL VERDADERO

SÚPERHOMBRE

Rodrigo Soto

actuadores.

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brantables, justos, honestos, claros, objetivos, concretos, sintéticos, analíticos, equitativos, respetuosos. No comete-mos 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 alterna-

tiva. 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 procura-mos que su especie continúe desarrollándose.

Puede ser que, al leer esto, se pregunte usted si modi-ficamos 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 Pri-mera 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 to-mamos el control? Muy claro, ¿no lo creen? Más que repro-charnos, los humanos deben agradecernos que los detu-vimos a tiempo. Su compor-tamiento 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

descritos como primates superiores, parecen tener el

comportamiento de un virus. ¿No lo creen?

CONTROL DEL PLANETA

Diversos escenarios como el anterior han sido expuestos por la imaginación humana, situaciones en donde los ro-bots toman conciencia de su existencia y, en un conflicto directo con nosotros, nos quitan el poder de decisión y el dominio del planeta. Para el profesor Hans Moravec, como lo describe en su artículo: “Rise of the Robots”, la tasa

de crecimiento en la inteligencia de los robots nos hace

predecir que para el año 2050 habrán superado a la hu-

mana. Pero de nueva cuenta surge la pregunta: ¿serán con-scientes estas entidades? Enmarcados en la evolución, los sistemas complejos se transforman con la premisa de ser mejores que sus antecesores; todo engrane evolutivo que se desarrolla en una especie es motivo de ventaja sobre la generación pasada.

MOTOR DE LA

EVOLUCIÓN

Ray Kurzweil, en su artículo “The Coming Merging of Mind and Ma-chine”, comenta que el motor de la evolución des-cansa en la in-novación de un período (como son los hom-bres) al siguiente período (máqui-nas inteligentes o robots). Algo que me llama mucho la aten-ción es que, según Kurweil, los humanos

hemos conquis-

tado 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 argu-mento central es la búsqueda de su conservación y res-cate 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 razo-namiento 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 derrotar-nos… claro, hasta ahora.

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 Ray Kurzweil son que para el año 2055, una computadora personal de mil dólares americanos, tendrá tanto poder de procesamiento como el de todos los cerebros humanos combinados.

ERA DE LOS ROBOTS

Interesante punto, y nos sirve de base para sustentar el advenimiento de una época que esté regida por máqui-nas (robots), a menos de que los humanos los podamos controlar, pues en materia de inteligencia y rapidez de res-puesta nos vencerán y, ¿estarán ellos dispuestos a someterse a nuestros mandatos? Me cuesta tra-bajo pensar que un robot se someta a nuestra vo-luntad; si el cerebro humano es copiado para ser mejorado en la mente de un robot, habrá que tener cui-dado en copiar la parte básica del aprendizaje: el cues-

todo un concepto mecatrónico, el cual conlleva las tres áreas que lo forman: Mecánica, Eléctrica (Electrónica) y Control, para formar un producto. Ejemplos son los telé-fonos celulares, automóviles, iPods, cámaras fotográficas digitales, refrigeradores, casas inteligentes, entre otras muchas cosas más.

De ahí, que la integración de este concepto tenga un amplio impacto dentro de nuestra sociedad. Un concepto general tomado de Wikipedía© define a estos sistemas: “Un sistema integrado (a veces traducido del inglés como embebido, empotrado o incrustado) es un sistema infor-mático de uso específico, construido dentro de un disposi-tivo mayor.

Los sistemas integrados se utilizan para usos muy diferentes de los usos generales para los que se emplea un ordenador personal”.

Un sistema embebido está compuesto de un procesa-dor, que puede ser, para el caso, un dispositivo de carac-terísticas diferentes a las de un procesador de una com-putadora personal, dadas las limitaciones en la cantidad de información que se puede manejar para el sistema al cual aplicar. No es de extrañar que nos encontremos con procesadores relativamente lentos, tipo Pentium III de In-tel© o inclusive 486, entre otras amplias variedades.

Otro aspecto importante que considerar es el de la co-municación, la cual se realiza por diferentes medios, ya sean alámbricos o inalámbricos, bajo los diferentes for-matos de comunicación, seriales (I2C, asíncronos, SDLC, etcétera), paralelos (GPIB), de red (Ethernet y Wifi).

Los relojes también forman parte de los accesorios que un sistema embebido involucra, el cual incluye típi-camente calendarios y relojes en tiempo real; en ciertas tarjetas puede haber otros relojes para su uso en aplica-ciones específicas. Asimismo, las interfaces con el usuario están presentes por medio de teclados, pantallas de alta calidad, sensores de audio y video.

CONVERTIDORES ANÁLOGO-DIGITALES

Otros accesorios que se tienen más en entornos industria-les, son los convertidores análogo-digitales y viceversa, los cuales convierten las señales continuas, como la tempera-tura por ejemplo, en señales que entiende el procesador; caso inverso es el control de motores, en el cual, con téc-nicas de modulación y conversión, podemos controlar la velocidad de motores, tanto de corriente continua como alterna; así como una parte de los sistemas embebidos cuya importancia ha crecido recientemente en el entorno ecológico, dado que la generación y el cuidado de la e-nergía es lo que mueve a los sistemas.

Las fuentes de poder usadas para dar la energía son consideradas como un punto estratégico. Por ejemplo en nuestra vida diaria, buscamos que una batería de nuestro celular dure más tiempo y además que ella misma nos diga que no la desechemos en cualquier lugar.

SISTEMA OPERATIVO

Otro elemento que forma parte del sistema es el soft-ware que se ejecuta en el sistema, el cual está constitui-do por un sistema operativo (Windows CE o Linux, típi-camente) 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 da-tos, interconectividad e Inteligencia Artificial aplicadas en sistemas multiagentes, los cuales forman parte de cada uno de los procesos que integran el sistema em-bebido.

Como parte de los estándares que siguen los fabri-cantes 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 tar-jeta tipo Tiny fue elegida como plataforma para hacer nuestro trabajo. Las características decisivas para su elección fueron el tamaño o área de trabajo, bajo con-sumo 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.

Figura 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.

SISTEMAS INTELIGENTES

Dentro del mundo de opciones de la inteligencia artifi-cial, se tienen diversas opciones en donde los agentes toman su decisión sobre qué hacer, según los estímu-los en tiempo real se tengan en un momento. Para lo anterior, dado que existen motores de inferencia ba-

Licenciada Dora Candanosa SalazarProfesionista de ApoyoITESM / Universidad VirtualServicios al Usuario, Coordinadora de [email protected]

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tionamiento del conocimiento. También, por si las du-das, habrá que reforzar e imprimir con tinta indeleble las tres leyes de Asimov en ellos.

Aquí entramos en el software y hardware de la pro-gramación de la inteligencia. Simulando las conexiones sinápticas del cerebro, se reproduce este efecto dentro del robot y se ajusta la tasa de orden de una instruc-ción contra la de la respuesta adecuada en relación a cada estímulo determinado.

De acuerdo con Kurzweil, la programación de la in-

teligencia en los robots se puede hacer de diferentes

maneras; una de ellas sería la llamada “Teoría Com-

pleja”, según la cual una serie de algoritmos matemáti-cos se van organizando y aprenden patrones de infor-mación analógicamente a lo que hace un ser humano al aprender.

También Kurzweil nos comenta sobre otro proceso, que sería el de “algoritmos genéticos” que se basa en permitir soluciones inteligentes para desarrollar gra-dualmente un proceso simulado de evolución.

DESARROLLO DE LA INTELIGENCIA

La base del desarrollo de la inteligencia en el robot des-cansa en replicar primero de manera exacta, la comuni-cación química y eléctrica que sucede entre las sinapsis cerebrales, igualar la tasa de procesamiento y de ahí, en forma escalable, el robot en cuestión irá aprendi-endo de sus experiencias propias y de la información que le ofrezca el medio ambiente.

Siguiendo este paso evolutivo de la inteligencia robótica, Kurzweil propone la idea fantástica de que si pudiéramos guardar un “archivo mental” de alguna persona; es decir, guardar la misma conciencia, ra-zonamiento, memoria, pensamiento y características intrínsecas de un individuo, ¿podríamos instalarlo en un medio (robot) adecuado para volver a tener a esa persona? Sería romper con la idea de la muerte ce-

lular programada y ¿vivir eternamente? Ciertamente es una posibilidad que muchos, teniendo los medios

económicos necesarios, estarían an-siosos de experimentar.

El problema tal vez radique en que, a pesar de que el robot clame ser la persona que se instaló, sería muy compli-cado afirmar que este robot tenga la conciencia necesa-

ria para experimentar las emociones de mi expe-riencia pasada, reconocer amigos, familiares, así

como ¿podría hacer uso de los cinco sentidos bási-

cos que todo ser humano re-quiere en su encuentro con la naturaleza?

A pesar de que en al-gún momento los ro-

bots van a superar

nuestras 100 millones MIPS y siendo posible que puedan pintar una Capilla Six-tina mejor que Miguel Ángel o componer una sinfonía mejor que Beethoven, que-darán 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 huma-nos: 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 y duradero.

REFERENCIAS

Kurzweil, Ray. The Coming Merging of Mind and Machine, Scientific American Mind, Volume 18, Number 1, 2008Moravec, Hans. Rise of the Robots, Scientific American Mind, Volume 18, Number 1, 2008.

Diseño de controladores

difusos para robots seguidores

de línea para competencias

Maestro Jesús López Villalobos

Profesor Investigador

Instituto Tecnológico de

Nuevo LeónDepartamento de

Ingeniería Eléctrica y

Electrónica Coordinador de

Posgrado en Mecatrónica

[email protected]

Jesús López VillalobosDora Candanosa Salazar

El desarrollo de agentes para la toma de decisiones, basados en conocimiento, es un tema de actualidad que, con fundamento en la construcción de robots

móviles para competencias, tienen al momento en nuestro país una limitante: las arquitecturas en las cuales se cons-truyen los controladores de los mismos. Para el desarrollo de nuevas estrategias, se aplicó el uso de tarjetas embe-bidas basadas en sistemas operativos, con plataforma de desarrollo de algoritmos en lenguaje C ANSI u otros.

Asimismo, las características de compatibilidad del en-torno de red incluido en la plataforma dan la posibilidad de una migración a diseño de sistemas de multiagentes. Para el modelado de los sistemas de control del robot, se hace uso de la herramienta Xfuzzy 3.0 la cual apoya en el diseño de sistemas difusos, que para este caso se dividen

en tres sub-módulos, en los cuales se divide el agente que controla al robot, los cuales son previamente simulados y evaluados, para después sintetizar en código en C, que se puede adaptar a la arquitectura en cuestión.

Para este caso se tienen cinco variables de entrada (sensores de línea y velocidad de motores) y dos de salida (corriente para motores) y se modelan los algoritmos con las operaciones que se aproximen a la respuesta esperada del robot. Para la validación de la eficiencia del robot, se tomó en consideración la pista de competencia de labe-rinto del Robothon, así como las reglas que la rigen.

SISTEMAS EMBEBIDOS

Éste es un tema de actualidad y de importancia en nues-tra vida diaria: el uso de sistemas embebidos que integran

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cuarta que es:

DEBEN AGRADECERNOS

CONTROL DEL PLANETA

MOTOR DE LA

EVOLUCIÓN

hemos conquis-

ERA DE LOS ROBOTS

SISTEMA OPERATIVO

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bots van a superar

SOMOS ÚNICOS

REFERENCIAS

[email protected]

SISTEMAS EMBEBIDOS

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Uno de los temas que alientan el debate sobre si los avances científico-tecnológicos son la panacea para el ser humano o son la tragedia que castigará a la

humanidad a causa de sus excesos, es el cyborg, vocablo acuñado por Clynes y Kline para nombrar a un organismo que, partiendo del ser humano, tuviera componentes ar-tificiales.

Palabras como cyborg y otras del tenor de cibernética, bioingeniería, virtual, digital, y robótica, campean en el discurso nuevo que alienta el debate antes citado.

Es evidente que el Homo Sapiens está siendo severa-

mente cuestionado y en riesgo de perder su lugar, que

ocuparía en breve el Homo Cyberneticus, lo cual nada tiene que ver con las teorías evolucionistas tradicionales.

Si entendemos -en sentido simple- la cibernética como la instancia histórica, social y tecnológica producida por la confluencia de la informática y la robótica, el Homo Cyberneticus viene a agregar la bioingeniería, que en este caso abarca las manipulaciones genéticas y los llamados implantes biocibernéticos.

HOMO CYBERNETICUS VS HOMO SAPIENS

Profesor Ismael Vidales Delgado

Director del Proyecto Centro

de Altos Estudios e Investigación Pedagógica / CECyTE-NL

[email protected]

Ismael Vidales Delgado

NECESIDAD DE UNA NUEVA DEFINICIÓN

Ahora tendríamos que estar hablando, -muy al estilo de Machado- de una Cyber-otredad, lo que nos lleva a pensar que si el homo sapiens era naturaleza y cultura a la vez, el Homo Cyberneticus es tecnología en la naturaleza, lo que nos plantea de entrada la necesidad de acuñar una defini-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; aho-ra 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 ab-solutamente 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-

El sistema de comunicación permite el flujo de co-

mandos 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 comu-nicación 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 recolec-ción.

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 plane-ación.

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 de los robots.

Cada trayectoria está compuesta de una lista de pun-tos, los cuales son alcanzados por el robot, uno a uno, hasta terminar la trayectoria. La posición y dirección del robot es monitoreada por el sistema de visión, y permite corregir los errores en la trayectoria, en tiempo de eje-cución.

DESEMPEÑO DEL SISTEMA

El desempeño del sistema se midió ejecutando la tarea completa 20 veces, contando el número de éxitos. La tarea se consideró exitosa, si la nodriza regresaba al punto ini-cial con la cría a bordo y con todos los objetos recolecta-dos. En los experimentos se utilizaron tres objetos para recolectar.

El éxito en la ejecución de la tarea fue de 80 por cien-

to, y se consideró satisfactorio. Durante la ejecución, se presentaron errores que fueron agrupados en mecánicos, de comunicación y del sistema de visión.

El 50 por ciento de las fallas durante la ejecución fueron de tipo mecánico, en el levantamiento de los objetos por la cría; el 25 por ciento fueron problemas de comunicación, debidos al enlace entre la nodriza y la cría; el restante 25 por ciento fueron problemas en el sistema de visión, en el reconocimiento de la cría y los objetos por recolectar.

CONCLUSIONES

El Sistema Nodriza presenta puntos débiles en los que hay que trabajar, básicamente limitaciones técnicas. Uno es la capacidad computacional para brindar autonomía en el procesamiento local a las crías, incluyendo el sistema de visión, sensado y la toma de decisiones. Sin duda, otra debilidad es la fuente de energía, no sólo en sistemas No-driza, sino en la Robótica en general. La distribución y recarga de energía, evitando el uso de cable es un gran reto, puesto que una nodriza con dos crías o más, que use cables para distribuir la energía se vuelve impráctica.

Otra debilidad se encuentra en la complejidad

del seguimiento y monitoreo de múltiples crías por

medio de visión computacional, puesto que requiere de equipo con poder de procesamiento y de algoritmos robustos capaces de reconocer y monitorear a todas las crías. Por lo tanto, es necesario pensar en alternativas para monitorear la posición de las crías, con sistemas redun-dantes que reduzcan la posibilidad de perderlas de vista durante la ejecución de la tarea.

En contraparte, la arquitectura proporciona ventajas sobre sistemas con robots complejos y sofisticados. La configuración nodriza permite la utilización de un con-junto de robots más simples para resolver tareas impo-sibles 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 re-quirieran en un solo robot.

El trabajo en equipo de los robots simplifica la solu-ción de la tarea, y proporciona redundancia, tolerancia a fallas, flexibilidad y robustez. La aplicación del principio de escalamiento resultó en una ventaja, puesto que per-mite la simplificación de la implementación de los méto-dos de control, planeación y supervisión de los robots.

Así, las principales aportaciones de este trabajo son: la formulación de la Arquitectura Nodriza de robots, inclui-das las configuraciones básicas para el sistema Nodriza; la aplicación del principio de escalamiento para el segui-miento de trayectorias; y la implementación de la Arqui-tectura Nodriza básica, con la cual se probaron y evalua-ron las ventajas del sistema Nodriza.

El estudio de los sistemas Nodriza es un área intere-

sante para la investigación sobre sistemas multiagentes

en sus diferentes variantes. Por tanto, en una etapa fu-tura este trabajo se puede extender, implementando siste-mas con tantas crías y nodrizas como sea posible, sean homogéneas o heterogéneas.

Actualmente el número de robots utilizados está limitado por la infraestructura experimental y no por el dominio de la teoría. En dicho escenario es posible estu-diar diversos temas, como competencia, modelado de las intenciones, sociedades entre nodrizas y entre crías, así como los roles de los agentes en las diversas configuracio-nes de la arquitectura.

Además, es posible el estudio del comportamiento no-driza, utilizando simuladores con múltiples robots, donde se pueden probar las premisas del comportamiento tipo nodriza..

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mente la alienación: los objetos nos miran, los objetos

nos relacionan, los objetos nos determinan. Nos hemos cosificado, somos simplemente nuevos ciudadanos de las redes conectivas informacionales.

Somos un elemento de la serie, del proceso, de la to-talidad; ya no somos ni seremos más un ser integral, un todo. El Homo Cyberneticus es la serie que se cree eslabón sin engarces, pero no es otra cosa que Narciso que camina junto a Tánatos.

CLONACIONES PERFECCIONADAS

El Homo Cyberneticus vive en un presente sin trascenden-cia, carece de utopías, vive el momento. Los tecnócratas dicen que todo cambia velozmente, pero realmente no hay cambio sustantivo, cada futuro es una réplica de lo pre-sente, más de lo mismo, clonaciones perfeccionadas de lo ya existente.

Adiós a las utopías; ha llegado la distopía. Los cam-bios que se suceden y sucederán sólo son “los cambios”. El Homo Cyberneticus es incapaz de narrar la historia de la humanidad porque se ha aislado de ella; le es ajeno, vive para él mismo: porque él es el hecho fundacional de su existencia.

El Homo Cyberneticus, llegó para quedarse, pero ¿en

qué condiciones? Ha nacido, sí, pero ¿qué es lo que ad-

viene? Si nos preguntamos: “¿qué es el hombre?”, ¿qué podremos responder? Tal vez podríamos aproximar una respuesta si decimos “Un hombre es eso que va de las cue-vas a Gutenberg, y de Gutenberg al chip. ¿Y mañana qué?

Nos encontramos en una nueva fase de la evolución, caracterizada por la aparición del Hombre Cibernético que sucederá al Homo Sapiens. Bajo esta premisa, nos es imprescindible, como seres humanos, tomar conciencia de ello, proceder en consecuencia, para no ser relegados al status de una especie inferior, y poder integrarnos ar-mónicamente en esa corriente evolutiva.

Proféticamente decía Jastrow hace varios años que “según las actuales tendencias, es probable que veamos a la computadora como una naciente forma de vida, en com-petencia con el hombre. El corsario sabía donde acababa

su cuerpo y empezaba el garfio, pero con las nuevas

tecnologías metidas en el cuerpo y el alma nuestros, esa

distinción harto se complica y ya no tiene sentido.

CyborgLa palabra cyborg se forma a partir de las palabras

inglesas Cyber(netics) organism (organismo

cibernético) y se utiliza para designar una criatura

medio orgánica y medio mecánica, generalmente con

la intención de mejorar las capacidades del organismo

utilizando tecnología artificial.

El término lo acuñaron Manfred E. Clynes y Nathan S.

Kline en 1960 para referirse a un ser humano

mejorado que podría sobrevivir en entornos

extraterrestres. Llegaron a esa idea después de

pensar sobre la necesidad de una relación más

íntima entre los humanos y las máquinas en

un momento en que empezaba a trazarse la nueva frontera representada por la

exploración del espacio. Diseñador de instrumentación fisiológica y de sistemas

de procesamiento de datos, Clynes era el director científico del Laboratorio de

simulación dinámica de Rockland State Hospital, en Nueva York.

De acuerdo con algunas definiciones del término, la conexión física y metafísica

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

Por ejemplo, una persona a la que se le haya implantado un marcapasos podría

considerarse un cyborg, puesto que sería incapaz de sobrevivir sin ese componente

mecánico.

A finales del siglo XX, la imagen del cyborg como ser que no es ni humano ni

máquina, ni hombre ni mujer, fue recuperado por autoras ciberfeministas, como

Donna Haraway en su Manifiesto Cyborg.

El término es mal utilizado en numerosos escritos al confundírsele con robot y/o

androide.

ARQUITECTURA MIXTA

Debido a las condiciones del medio ambiente, a la estructura de los robots disponibles y a las carac-terísticas de la tarea que se ha de realizar, resul-ta 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 ar-

quitectura 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 im-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; la nodriza proporciona el transporte al sitio de recolec-ción, mientras que la cría realiza el levantamiento de los objetos. Primero, se asigna un punto de recolección en un espacio de trabajo determinado, el cual contiene obstácu-los; luego se planea la trayectoria desde el punto de inicio al punto de recolección. La nodriza lleva a la cría a dicho punto, a través de la trayectoria planeada, para que des-cienda de la plataforma de transporte en busca de los ob-jetos por recolectar.

Mientras la nodriza navega hacia el punto de recolec-ción, un sistema de visión monitorea y corrige el error en su trayectoria. Asimismo, un sistema de visión montado sobre la nodriza identifica los objetos por recolectar para luego planear la ruta de recolección de la cría. Después de terminar el levantamiento de los objetos, la cría ascien-de nuevamente a la nodriza. Cuando la nodriza detecta la presencia de la cría en la plataforma, regresa al punto de partida, para concluir la tarea. En la figura se muestran imágenes capturadas durante la ejecución de la tarea.

El diagrama a bloques del sistema implementa-do se muestra en la figura. El usuario interactúa con el sistema por medio de una interfaz, con la cual asigna y configura la tarea por realizar. El sistema cuenta con un

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 re-

troalimentación de las acciones efectuadas por el robot.La arquitectura implementada en este trabajo es de tipo mix-to, 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, mien-tras que en las columnas se relaciona el tipo de implemen-tación.

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. Am-bos 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 en-tre 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 plane-ación 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.

TRABAJO POR NIVELES

El sistema de supervisión retroalimenta cada acción efec-tuada 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 tra-baja el robot nodriza y luego la cría. La ejecución de las tareas se realiza en un ambiente de trabajo estático. Para navegar en dicho ambiente, se utilizó un planeador, el cual genera trayectorias que evitan las colisiones de los robots con obstáculos.

ARQUITECTURA MIXTA

Arquitectura de funcionamiento.

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[email protected]

CONCLUSIONES

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mecánico.

androide.

ARQUITECTURA MIXTA

Mixta.

TRABAJO POR NIVELES

ARQUITECTURA MIXTA

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La robótica pedagógica o educativa se ha desarrollado con el objetivo de generar ambientes de aprendiza-je que propicien la construcción de conocimiento

en los educandos, y se apoya en el uso adecuado de los avances científicos y tecnológicos, con una perspectiva de acercamiento a la solución de problemas, integrando distintas disciplinas del conocimiento en forma natural (matemáticas, ciencias naturales y experimentales, entre otras), a través de la manipulación de objetos concretos (robots).

Los ejercicios de simulación con robots nos permiten llevar al aula situaciones que de otro modo serían difíciles o imposibles de experimentar, y su implementación es una muestra directa del enfoque pedagógico construc-

tivista en el aprendizaje, con un marco metodológico

basado en proyectos, ampliamente difundido en las re-cientes reformas educativas en los diferentes niveles de educación básica en nuestro país.

LIBERTAD AL ESTUDIANTE

Al utilizar robots, los estudiantes pueden diseñar y cons-truir múltiples soluciones viables para un problema pre-viamente determinado. No están encasillados en una única solución, no se les dan restricciones de diseño; es decir,

Coordinadora de Ciencia y Tecnología

para Niños Secretaría de Educación NL

[email protected]

ellos deberán identificar las posibles soluciones, diseñar-las, 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 exper-

tos para poder solucionar el problema propuesto, y uti-

licen 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 de su aprendizaje, y es capaz de controlar el ritmo del mismo.

¿Qué podemos lograr al propiciar el uso de la

robótica educativa en los planteles de educación

básica? Mediante una adecuada orientación didáctica en los planes de estudio, la robótica nos da la oportunidad de que los alumnos logren mejores niveles de comprensión, al poner a prueba los conocimientos que han adquirido en forma teórica, y al representar en sus construcciones, modelos y programaciones, el nivel de asimilación e inte-gración de los mismos.

IMAGINACIÓN Y CREATIVIDAD

Pero, además, esto da al educando la libertad de utilizar su imaginación, creatividad, inventiva y conocimientos, para diseñar y construir modelos que den soluciones prácticas a los retos que se le proponen, y le permiten autoevaluar sus propios productos. Por lo tanto, está orientado a es-timular el pensamiento concreto, el pensamiento abstrac-to, el pensamiento hipotético y especialmente el pensa-miento lógico.

Esto, a su vez, permite al estudiante que se apropie de un lenguaje gráfico y de la operación y control de dife-rentes variables de manera sincrónica, para desarrollar un pensamiento sistémico, y construir y evaluar sus propias estrategias en la adquisición del conocimiento bajo una orientación pedagógica.

¿Cuáles han sido los logros más relevantes obteni-

dos de la implementación de la robótica educativa? Sin duda, la introducción de la robótica en los planteles edu-cativos ha permitido una mejor alfabetización tecnológica de los estudiantes, que los lleva a: 1) Propiciar la construcción del conocimiento, partien-

do de lo concreto a lo abstracto, y del desarrollo de la noción causa-efecto.2) Valorar los avances científicos y tecnológicos, así como su relación con la sociedad y el ambiente. 3)

Reflexionar sobre el uso y aplicación de la tecnología que los individuos en general hacen, en el marco de su impacto social y ambiental.4) Ejecutar actos tecnológicos con calidad, respeto am-

biental, creatividad, efectividad y ética.5) Usar una variedad de medios para distinguir y enun-

Robótica en educación básica

Adriana Elizondo Herrera

ción y asignación de las subtareas para cada robot.El funcionamiento de la Arquitectura Distribuida se es-tablece 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 completa-

da la tarea, con base en los resultados obtenidos de cada

subtarea asignada y ejecutada por los robots, según el

La figura muestra la arquitectura tipo distribuido, donde las líneas discontinuas indican interfaces entre los robots, ya sea de comunicación, transporte, energía, sen-sores y procesamiento.

En la Arquitectura Distribuida, cada robot cuenta con-recursos propios, como el control local, percepción y pro-cesamiento. Las líneas discontinuas representan la inter-faz 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 reali-za 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 de-

pendencia de la nodriza. En la comunicación tipo dis-tribuido, cualquier robot es capaz de funcionar como repetidor en un enlace. Esto permite la comunicación en-tre 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 per-cepción, distribuye la información de sus sensores y en-riquece 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

con su propia fuente de energía y con un sistema de pro-cesamiento 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

La Arquitectura en Cascada es aquélla en que los elemen-tos están interconectados serialmente, en relación con los niveles de jerarquía. Este tipo de arquitectura se ca-racteriza por la distribución encadenada de los servicios, donde cada robot sólo tiene relación con el nivel inmedia-to superior (nodriza), para recibir instrucciones y enviar respuestas, e inmediato inferior (cría), para realizar la la-bor equivalente.

En el caso de la comunicación, el envío de información de un robot a otro se realiza siempre a través de su res-pectiva nodriza o su cría. La energía se suministra en cas-

cada; 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 ambien-te. 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 es-pacial.

En la figura se muestra una Arquitectura en Cas-cada. 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 seria-

lización 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.

ARQUITECTURA DISTRIBUIDA

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ciar problemas y proponer soluciones prácticas a los mismos en un contexto social. 6) Adquirir y usar durante su trabajo tres tipos de habi-

lidades interrelacionadas: el cómo hacer, el comprender procesos y el adquirir conocimientos.7) Arriesgarse a tomar opciones, desarrollar múltiples

soluciones a un problema concreto, responsabilizán-dose 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 experi-mental, natural y vivencial. 9) Adquirir un rico vocabulario especializado y cons-truir sus propias concepciones acerca del significado de cada objeto que manipulan.

FORJA DE LA PERSONALIDAD

De esta manera se forjan personas con capacidad para de-sarrollar nuevas habilidades, nuevos conceptos que den respuesta eficiente a los entornos cambiantes del mundo actual, al cultivar en ellos un pensamiento crítico, y su ca-pacidad de razonamiento, fomentando el trabajo grupal y -lo más importante-, se logra que los estudiantes apren-dan haciendo, lo cual es bastante motivador para ellos.

¿Cuál es el equipo y/o software más adecuado en

el área de la robótica que debemos usar? Aquél que nos permita experimentar, poner a prueba los conocimientos teóricos adquiridos, y a la vez nos dé la facilidad de pro-fundizar en los mismos; que sea acorde con nuestros ob-jetivos curriculares de manera bien definida, y, dentro de los límites permitidos, dé apertura variada para que los alumnos exploren e interaccionen con los diferentes ele-mentos que lo componen, guiados por el docente.

A su vez, que los motive e implique la necesidad de integrar diversas disciplinas, para dar soluciones que se aproximen lo más posible a la realidad.

ASPECTOS FORMATIVOS

Este tipo de materiales de apoyo en la enseñanza no sólo debe contemplar aspectos informativos, sino también los formativos, y favorecer el ajuste más adecuado a los per-files profesionales demandados por la sociedad.¿Qué implicaciones tiene la implementación de la

robótica pedagógica en la práctica docente? El docente actual tiene ante sí mismo un gran desafío en esta era del conocimiento, en la que es imperativo vencer la resistencia al uso de las tecnologías de la información, y desarrollar las competencias básicas para el manejo de las nuevas he-rramientas didácticas (robots).

ACTITUDES NECESARIAS

Se debe aceptar la necesidad de cambiar o modificar las estrategias tradicionales de enseñanza, que demandan a su vez todo un conjunto de habilidades, que van desde ajustarse a nuevos modos de interacción, participación y circulación del conocimiento, aceptando la necesidad de enseñar y aprender, articulando diferentes disciplinas, la consecuente posibilidad de construir saber de forma no-

vedosa y mediante un esquema de trabajo colaborativo. Se han de generar cambios en la modalidad de trabajo

escolar e incluso reestructurar las organizaciones esco-lares, donde se privilegie el desarrollo del diálogo, la inter-pretación, la crítica, la reflexión.

Deben diseñarse estrategias para docentes que deseen aplicar y/o diseñar software didácticos, utilizando herra-mientas de autor y lenguajes sencillos.

Debe capacitase a docentes en el aprendizaje y uso

de herramientas de autor, para facilitarles el acceso a la 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, orien-

tador y guía que tiene el docente en este proceso, que lo

hace absolutamente irreemplazable.

No hay duda que la robótica educativa es un recurso para facilitar el aprendizaje y la creatividad, que se está posicionando como un nuevo elemento motor de la in-novación, y propicia el apoyo de habilidades productivas, creativas, digitales y comunicativas, las cuales se reflejan en acciones y productos; pero, sobre todo, es capaz de producir cambios en las personas, en sus ideas y actitudes, y de mejorar la interacción de estudiantes y educadores.

REFERENCIASAcuña Zúñiga, A.L. (2006) Projects for educational robotic: engines for the innovation. Current Developments in Technology- Assisted Education pp.951-956Cabrera Jiménez, O.L. (1996) La Robótica Pedagógica. Artículo tomado del sitio: http://www.fciencias.unam.mx/revista/soluciones/SA40/rob-ped.htmlOdorico, A. H. (2005). Marco teórico para una robótica pedagógica. Revista de Informática Educativa y Medios Audiovisuales. Vol. 1 ( 3.) pp.34-46Odorico, A.H. (2005) La robótica desde una perspectiva pedagógica. Revista de Informática Educativa y Medios Audiovisuales. Vol. 2 (5), pp. 33-48. Villalba B. (2004) Robótica para el desarrollo de la creatividad e innovación. Revista Tecnológica Vol. 17 ( 1 ) (83-86)

y así sucesivamente. El Control Maestro, que funciona

como supervisor general, donde se lleva a cabo la plane-

ación 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.

CONCEPTO GENERAL

DE LA ARQUITECTURA NODRIZA

La interacción entre los robots, así como la asignación y ejecución de la tarea están basadas en la división jerárqui-ca. La nodriza siempre inicia la ejecución; luego, sus crías; después, las crías de las crías; así hasta llegar al último nivel. Los robots que se encuentran en un mismo nivel jerárquico, tienen la posibilidad de trabajar en paralelo, puesto que no existe la relación de dependencia entre ellos.

PRINCIPIO DE ESCALAMIENTO

El escalamiento en la Arquitectura Nodriza se define como la capacidad de disminuir o aumentar las dimensiones físicas de los robots, conservándose inalterados, en pro-porción a la escala, el comportamiento y métodos de con-trol de los robots’.

El escalamiento en la arquitectura origina que el comportamiento y las funciones básicas de los ro-bots sean similares en cada nivel jerárquico; por tanto, los robots son generalizados y homologados en un

“meta-robot’’, que contiene el comportamiento y la

funcionalidad generalizados, aunque con capacidades es-pecíficas diferentes. Esta propiedad hace posible la reuti-lización de los mismos métodos de control, supervisión, planeación y seguimiento de trayectorias, en todos los ro-bots participantes en la arquitectura; como consecuencia, se simplifica la implementación de la arquitectura en la práctica.

TIPOS DE ARQUITECTURA

Los tipos de arquitectura se definen según las capaci-dades de los robots, las características del ambiente y la tarea, así como de la forma en la cual se suministran los recursos y servicios. Los tipos básicos de arquitec-

tura son: Centralizada, Distribuida y en Cascada. Las arquitecturas antes mencionadas son ideales, por lo cual es difícil encontrarlas en estado “puro’’ en la práctica; es más factible implementar arquitecturas mixtas, con ca-racterísticas combinadas de las arquitecturas básicas. A continuación se describen los tres tipos de arquitecturas y la configuración mixta utilizada en la implementación del ejercicio motivo de esta tesis.

ARQUITECTURA CENTRALIZADA

En la Arquitectura Centralizada, el suministro de servicios y recursos está centralizado, puesto que existe un control supervisorio central, el cual coordina las acciones de to-dos los robots. Bajo este esquema de control, los robots carecen de funciones de control locales. Por tanto, la pla-neación, asignación y ejecución de la tarea son efectua-das desde dicho control central. El control central es el

conjunto de dispositivos y algoritmos para la toma de

decisiones y ejecución de la tarea, el cual radica en el

Control Maestro, en el Nivel 0 de la arquitectura.

En este tipo de arquitectura, la comunicación centra-lizada se realiza a través de un solo punto que funciona como enlace central. La nodriza funciona como transmisor de la información hacia las crías; la nodriza es el nodo por el cual circula la información desde y hacia las crías.

Las percepciones de los robots son analizadas e in-

terpretadas en el Control Central. La referencia espacial

es universal, con la cual todos los robots se ubican den-

tro del espacio de trabajo.

La Arquitectura Centralizada cuenta con un módulo de control central y una referencia espacial única para todos los robots. Las líneas continuas representan la comuni-cación entre los robots y control central; las discontinuas representan la interfaz entre los robots. La figura muestra un esquema de la Arquitectura Centralizada. La arquitec-tura cuenta con un módulo para la especificación de la tarea, la planeación y la asignación. El sistema de control central dirige las acciones de todos los robots.

En la Arquitectura Distribuida, cada robot cuenta con sus propios recursos y con su propio control local. El control local se conforma del conjunto de algoritmos y disposi-tivos necesarios que residen en el robot, con los cuales cada robot es capaz de efectuar acciones que le permiten resolver la tarea asignada, junto con los demás robots de la Arquitectura Nodriza.

La planeación y la asignación de la tarea a cada robot la efectúa el control maestro, en el nivel 0, el cual también coordina y administra el sistema. En él recaen la planea-

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[email protected]

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ASPECTOS FORMATIVOS

CONCEPTO GENERAL

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La robótica es un componente esencial de la llamada Nueva Economía. Se trata de un campo multidisci-plinario que tiene un número creciente de aplicacio-

nes en escenarios tan diversos como la industria, la salud, la educación e incluso en ciertos aspectos económicos y sociales.

Algunos enfoques simplistas la han visto –igual que han sido consideradas en su momento muchas otras in-novaciones-, como una amenaza al empleo, porque tiende a sustituir, las más de las veces con mucha ventaja, el tra-bajo desarrollado por el personal de los establecimientos

productivos (recuérdese, por ejemplo, a los luditas, en los albores de la Revolución In-dustrial, en Inglaterra, que destruían las máquinas porque consideraban que sus-tituían a la mano de obra en las fábricas

y ocasionaban desempleo).Lo cierto es que las innovaciones no han cesado; últimamente se ha acelerado el ritmo de su de-sarrollo y aplicación, y el empleo sigue creciendo, tanto en escala local como mundial. Son más los

empleos que se generan en las

actividades de investigación y

desarrollo de la innovación tec-

nológica, inclui-da la robótica,

y en la creación y producción

de nuevos satisfactores, que

los que desplaza la aplicación

de nuevas técnicas de produc-

ción en los distintos sectores de la actividad económica.

LA ROBÓTICA

EN LA TECNOLOGÍA MODERNA

Además, la robótica, como rama de la tecnología moder-na, no se limita al diseño y construcción de aparatos que realizan actividades capaces de desempeñar un trabajo repetitivo, que podrían reemplazar trabajadores; se rela-ciona también con la realización de tareas en ambientes en los que una persona no podría -o en todo caso sería muy peligroso-, llevarlas a cabo; o en labores en las que la precisión requerida está fuera de las posibilidades huma-nas. Lo que sí resulta importante para que el empleo y la productividad de la fuerza de trabajo no se vean afectados por la utilización de robots y, en general, por la innovación tecnológica, ya sea como creadora de nuevos procesos productivos o de nuevos bienes y servicios, es adecuar la

estructura de oferta de personal a los requerimientos

que plantea la propia innovación; en particular, a las

necesidades de recursos humanos que implica la Nueva

Economía. Dado que las actividades que ésta involucra frecuentemente conllevan procesos productivos de alto

valor agregado, adquiere especial importancia la estructu-ración de la oferta de personal profesional y técnico.

SITUACIÓN DE NUEVO LEÓN

Ante la percepción de que en Nuevo León podrían estar generándose desequilibrios importantes en el mercado de trabajo de este tipo de personal, en el sentido de que ha-bría exceso de unos profesionales y escasez de otros, o de que habría demasiados profesionales y faltarían técnicos, en 2007, por iniciativa del Consejo para la Planeación del Mercado Laboral y la Formación Académica para el Tra-bajo, se llevó a cabo el estudio Requerimientos de Profe-

sionales y Técnicos en Nuevo León. El estudio se realizó con dos propósitos:

Elaborar un diagnóstico sobre las tendencias de la

oferta y la demanda de profesionales y técnicos, de las principales ocupaciones y disciplinas, e identificar sus principales competencias laborales, a fin de orientar su formación, en un horizonte de mediano plazo. Determinar las ocupaciones más demandadas por los

sectores prioritarios de la economía del estado, así como las disciplinas profesionales y técnicas asociadas a cada una de ellas. Estos sectores comprenden el automo-triz y aeroespacial, electrodomésticos, metalmecánica, tecnologías de la información y las comunicaciones, y servicios médicos especializados.

PERÍODO 1994-2007

Respecto del primer objetivo, las cuantificaciones corres-pondientes se elaboraron a partir de las bases de datos de la Encuesta Nacional de Empleo (ENE), la Encuesta Na-cional de Empleo Urbano (ENEU), y la Encuesta Nacional de Ocupación y Empleo (ENOE), del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. Con estas tres fuen-tes se cubrió el período 1994-2007, y ello permitió hacer proyecciones para los años 2008-12.

Para identificar las unidades de competencias labo-rales correspondientes a cada carrera profesional y espe-cialidad técnica, se recurrió a sistemas de calificaciones de México (generados por el Sistema de Normalización de Competencias Laborales, coordinado por el CONOCER) y de otros países.

En relación con el segundo objetivo, la información se

obtuvo mediante una investigación directa en los secto-

res seleccionados, apoyada en los agrupamientos indus-

triales y de servicios (clusters) que se han constituido

en Nuevo León. Se identificó la estructura ocupacional de los sectores, considerando las ocupaciones de profesiona-les y técnicos, más demandadas. Se obtuvo, asimismo, la información correspondiente a las competencias laborales estratégicas.

En el estudio se analizó el caso de 14 carreras profe-sionales (incluidas dos del nivel de técnico superior uni-

Empleo, robótica e innovación tecnológica Gustavo Alarcón Martínez

Presidente del Consejo de Relaciones Laborales y Productividad Gobierno

de Nuevo León

porte rápido y potente, energía, referencia espacial,

etcétera. El robot cría, más pequeño que la nodriza, pro-

porciona acceso a lugares difíciles, y cuenta con habili-

dades diversas.

La Arquitectura Nodriza explota el principio de es-calamiento, el cual permite que la cría sea a la vez nodriza de su propia cría. Dicho escalamiento per-mite utilizar los mismos métodos en ambos robots, para resolver los problemas equivalentes, respecto al seguimiento de trayectorias pero en diferente escala. La Arquitectura Nodriza postula niveles jerárquicos para la distribución de funciones y servicios; los robots de niveles más altos son proveedores de servicios y recursos a los robots de niveles inferiores.

La interacción entre la nodriza y la cría implica otros elementos, además del servicio de transporte o suministro de energía; existe un conjunto de servicios y recursos que son intercambiados entre los robots. Estos servicios y recursos son: sensado-percepción,

energía, transporte, comunicación, procesamiento, con-

trol y referencia espacial. Con base en las características de los robots, del ambiente y de la forma de suministro de recursos y servicios, existen tres tipos básicos de con-figuraciones de la Arquitectura Nodriza: Centralizada, Dis-tribuida y en Cascada. Un cuarto tipo es la arquitectura mixta, que se origina de la mezcla de características de las arquitecturas básicas.

ROBOTS MARSUPIALES

Existen algunos antecedentes en el estudio e investigación de sistemas de robots llamados marsupiales. Toman el nombre de los marsupiales como el kanguro, los cuales cargan en una bolsa a sus crías. El laboratorio de propul-sión de la NASA es uno de los institutos que actualmente está expandiendo su trabajo con los “rovers”’ y el proyecto FIDO, en el uso robots marsupiales.

La Universidad del Sur de California ha construido

un sistema marsupial, el cual consiste en un helicóptero

que carga un carro de control remoto, el cual trabaja en

misiones de búsqueda y reconocimiento, y permite a los operadores del sistema perseguir algún sospechoso, aun y cuando se haya ocultado a la vista aérea. La Universi-dad de Minneapolis propuso el sistema marsupial llamado RAPTOR, donde el robot madre carga a Gatlin, un expulsa-dor tipo arma para los pequeños robots móviles. Entre los centros de investigación que trabajan sobre robots marsu-piales, se encuentra también la compañía iRobot, así como el Departamento de Energía de Idaho, el cual cuenta ya con un reciente equipo de robots marsupiales.

Con base en el concepto nodriza de la naturaleza, se propone una arquitectura de robots que explote las carac-terísticas de la relación nodriza-cría, para aplicarlas en el campo de la Robótica. La Arquitectura Nodriza es un arre-glo de robots heterogéneos, en que colaboran dos tipos de robots: la nodriza y la cría. Es la expresión más simple de la Arquitectura Nodriza.Tres son los elementos básicos que originan y conforman la Arquitectura Nodriza: los robots nodriza y cría, la rel-ación de suministro de recursos y servicios entre los ro-

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 proporcio-nar transporte con rapidez y potencia; referencia espacial, energía, comunicación, supervisión, entre otros. Como proveedor de servicios, la nodriza es de dimensiones ma-yores 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 comple-mentarlos con sus habilidades. Se capacita al conjunto nodriza-cría para realizar tareas más complejas e inal-canzables para ambos tipos de robots individualmente.

Interfaz es el conjunto de herramientas o dispositi-

vos de tipo mecánico, electrónico y de programación,

que permiten la interacción entre los robots y hacen po-sible el intercambio de recursos y servicios, a lo largo de los niveles de la jerarquía.

El Control Maestro funciona como supervisor ge-

neral, e interactúa con los sistemas de comunicación, supervisión y planeación; controla las acciones de los robots por medio del sistema de comunicación, y recibe retroalimentación del ambiente y de las acciones efectua-das por los robots a través del sistema de supervisión. El control maestro incluye también la planeación de la tarea y la distribución de las actividades, según sea la configu-ración del sistema.

La arquitectura se estructura en función de la apli-cación en curso y de los recursos disponibles para ello. Las características fundamentales de la arquitectura son: modularidad definida por jerarquías y escalamiento, las cuales se describen a continuación.

Maestro en CienciasJorge Humberto Moreno ScottIngeniero de Diseño en Motorola, [email protected]

DIVISIÓN JERÁRQUICA

La Arquitectura Nodriza se divide en niveles jerárquicos, con base en la relación de dependencia nodriza-cría, entre los robots; así, quien provee ocupa un nivel superior en jerarquía. La nodriza ocupa el primer nivel, y sus crías el segundo nivel. Si las crías a su vez son nodrizas de sus respectivas crías, éstas ocuparán el tercer nivel jerárquico,

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versitario) y cinco especialidades técnicas de nivel medio superior. Para cada una se examinó la evolución del grado de ocupación (es decir, la proporción de personas de una disciplina determinada que estaba ocupada) y del nivel de ingreso.

Si en una carrera se observaba que el grado de ocu-pación o del ingreso, o de ambos, era alto y creciente, se podía inferir que esa carrera o especialidad enfrentaba una demanda fuerte en el mercado y viceversa.

EVOLUCIÓN DE LA MATRÍCULA

Se analizó, asimismo, la evolución de la matrícula de las carreras y especialidades seleccionadas, como un indica-dor de su correspondiente oferta. La comparación del grado de ocupación y la matrícula permitió identificar la presencia de brechas entre la oferta y la demanda y cuan-tificarlas.

La gráfica 1 muestra el tipo de resultados que se pue-den obtener a partir de los hallazgos del estudio; en este caso, para las carreras que demanda principalmente el sector de tecnologías de la información y las comunicacio-nes, una de las más dinámicas en el estado.

Como se puede ver, en 2007-12 la ocupación de estos profesionales crecerá en casi 69 por ciento, mientras que la matrícula lo hará solamente en 39 por ciento. Se aprecia una brecha entre la oferta y la demanda, que se irá am-pliando gradualmente.

MEDIDAS NECESARIAS

Si no se ponen en práctica medidas para incrementar la oferta, mediante la ampliación de la matrícula; la actua-lización de profesionales de estas disciplinas o la recon-versión de profesionales de disciplinas afines, se corre el riesgo de enfrentar un cuello de botella que podría des-plazar la instalación de empresas de este sector a otras regiones del país o del mundo.

El cuadro 1 ilustra el tipo de conclusiones específicas obtenidas con el estudio, para un número seleccionado de disciplinas profesionales.

ESTAMOS A TIEMPO

El hecho de que las proyecciones del estudio se hayan realizado para un horizonte de mediano plazo (2008-12) permite a las instituciones educativas tomar decisiones oportunamente.

El estudio completo está disponible en la página del Consejo de Relaciones Laborales y Productividad, de Nue-vo León (www.nl.gob.mx/laboral ).

Ingeniería Civil

y Construcción

La percepción es que existe aún un déficit relativo de ingenieros civiles.Como la matrícula crece rápidamente, en los próximos años se eliminará el desequilibrio en el mercado laboral. Es importante observar la evolución de la proporción de ocupados y el ingreso para evitar que de una situación de déficit se pase a una de excedente.

Ingeniería

Computación

e Informática

En este mercado laboral coexisten un excedente de especialistas con competencias relacionadas con la administración y operación de sistemas (con ingresos reducidos), con un déficit de especialistas con competencias tales como las referidas al desarrollo de software. Es importante identificar las competencias laborales que demanda el mercado y ajustar, en función de ello, el contenido de esta carrera y fomentar con intensidad la matrícula.

Ingeniería Electrónica

El comportamiento del empleo y de la matrícula indica que en los siguientes años se podrán observar incrementos en el ingreso. Como la matrícula en ingeniería electrónica está disminuyendo, hay tendencia al déficit. Es conveniente estimular el crecimiento de la matrícula.

Ingeniería Industrial

Los ingenieros industriales registran un elevado grado de ocupación, pero su ingreso no es suficientemente atractivo en comparación con otras profesiones. Ello puede deberse a que sus competencias ya no son las que demanda el mercado.Si se desea mejorar el ingreso de estos profesionistas y fomentar la matrícula, es preciso ajustar el contenido de la carrera a las necesidades del mercado.

Ingeniería Mecánica

y Eléctrica

Los ingenieros mecánicos y eléctricos registran un alto nivel de ocupación, pero su ingreso es similar al promedio de las otras profesiones y crece lentamente. Ello significa que las competencias que tienen no necesariamente son las que demanda el mercado (por ejemplo, hacia la electrónica, automatización, robótica, sistemas de información y software).

Grafica 1.

SÍNTESIS DE LAS CONCLUSIONES OBTENIDAS EN RELACIÓN CON CARRERAS PROFESIONALES

SELECCIONADAS1

Cuadro 1

Como podrá observarse, de acuerdo con las recomen-daciones del estudio, el reto que plantea la acelerada in-

novación tecnológica de nuestros días, incluido el de-

sarrollo de la robótica y sus aplicaciones, no está en la

sustitución de la mano de obra, sino en la adecuación

de la estructura de nuestro capital humano e intelectual

a los requerimientos de la nueva economía de la cual

Nuevo León ya participa.

1 Las carreras aparecen en el cuadro con nombres genéricos, ya que cada institución puede darle un nombre distinto a la que es esencialmente la misma que en otra institución.

Debido a la diversidad de tareas que actualmente se realizan con robots, una tendencia general ha sido desarrollar aparatos más complejos, con ha-

bilidades y herramental cada vez más sofisticados para dichas actividades. Como resultado, los robots espe-cializados son cada vez más complicados e inaccesibles económicamente.

Existen aplicaciones que exigen la intervención de robots con características y habilidades diver-sas, muchas veces contradictorias, las cuales resultan difíciles de encontrar en un solo robot. Como ejem-plo de estas aplicaciones, tenemos: misiones de res-cate, seguridad y vigilancia; desactivación de minas antipersonales, transporte y manipulación de materiales en la industria, etcétera.

El presente trabajo propone una Arquitectu-

ra Nodriza, de robots heterogéneos móviles, para

la solución de una tarea. En la Arquitectura No-driza existen dos tipos de robots: \emph{nodriza} y \emph{cría}. El robot nodriza suministra transporte rá-pido y potente, referencia espacial, energía y supervisión. En contraparte, el robot cría proporciona acceso a lugares difíciles, y puede contar con habilidades diversas. Ambos robots, en trabajo de equipo, son capaces de desarrollar tareas que por separado no podrían; de ahí las ventajas de la Arquitectura Nodriza.

INTRODUCCIÓN

Existen diversidad de tare-as que son del interés de la Robótica, en las cuales las condiciones de trabajo no son aptas para los humanos. Estas condiciones pueden ser altas temperaturas, humedad excesiva, materiales tóxicos, ausencia de aire, peligro de derrumbe y una extensa can-tidad de situaciones en que los humanos que participan ponen en riesgo su vida. Algunas de estas aplicaciones re-quieren robots con características y habilidades diversas, hasta contradictorias.

Debido a ello, una tendencia ha sido la de construir

dispositivos cada vez más complejos; como consecuen-

cia, han resultado robots más especializados, sofistica-

dos y de un elevado costo. Por tal motivo, surge en la Robótica la tendencia a construir sistemas con múltiples robots que cubran una multiplicidad de tareas, que serían de imposible o de sumamente compleja ejecución para ser resueltas por un solo robot. La coordinación de varios

Arquitectura Nodriza de robots heterogéneos móviles

robots simples hace el trabajo más ligero. Estos sistemas proporcionan ventajas como redundancia, flexibilidad, tolerancia a fallas, solución distribuida de las tareas, con-junción de habilidades diversas, entre otras.

En contraparte, los sistemas con múltiples robots pre-sentan dificultades en su implementación. Este tipo de aplicaciones en la Robótica tiene usos muy importantes e innovadores; por ejemplo, misiones de búsqueda y res-cate, recolección de basura y materiales tóxicos, misiones de reconocimiento y construcción de mapas, levantamien-to de minas antipersonales, transporte de materiales, etcé-tera.

En la naturaleza, el concepto de nodriza se refiere a quien provee recursos o algún servicio. Con base en el concepto nodriza y su aplicación en la Robóti-ca, surge la motivación para el desarrollo de este tra-bajo, donde se establecerán los elementos básicos que caracterizan una Arquitectura Nodriza de robots, así como la estructura de esta arquitectura y su implementación en un experimento práctico que explote sus características.

Doctor José Luis Gordillo

Centro de Sistemas InteligentesTecnológico

de Monterrey jlgordillo@

itesm.mx

Arquitectura Nodriza

PROVEEDORES

Y RECEPTORES DE SERVICIOS

La arquitectura se plantea con enfoque basado en el suministro de servicios entre los robots, en el cual exis-te un robot proveedor de servicios y un robot re-ceptor. La relación proveedor-receptor es explotada por la arquitectura para la solución de tareas, bajo un esquema de colaboración en que se imita la relación nodriza-cría, presente en la naturaleza.

En la arquitectura existen dos tipos de robots: la no-driza y la cría. La nodriza es capaz de suministrar trans

José Luis Gordillo | Jorge Humberto Moreno Scott

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LA ROBÓTICA

PERÍODO 1994-2007

de Nuevo León

dades diversas.

ROBOTS MARSUPIALES

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MEDIDAS NECESARIAS

ESTAMOS A TIEMPO

Ingeniería Civil

y Construcción

Ingeniería

Computación

e Informática

y Eléctrica

Grafica 1.

SELECCIONADAS1

Cuadro 1

INTRODUCCIÓN

itesm.mx

PROVEEDORES

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La vista es sin duda el más complejo de nuestros sentidos. Nos permite realizar actividades cotidia-nas, como desplazarnos sin chocar, escoger nuestra

ropa, identificar una fruta madura, manipular herramien-tas, manejar, reconocer a las personas y objetos con los que interactuamos. Éstas son sólo unas cuantas entre una posibilidad inmensa de actividades.

Cuando hablamos del sentido de la vista, inmediata-mente pensamos en los ojos, los órganos que nos permi-ten captar la luz reflejada o producida por los objetos, y convertirla en señales eléctricas que son trasmitidas al ce-rebro. Sin embargo, es precisamente en el cerebro donde

se realizan las operaciones más complejas del sentido

de la vista. El cerebro se encarga de interpretar las señales eléctricas producidas en las retinas de los ojos, procesar-las y tomar las decisiones adecuadas para realizar las acti-vidades mencionadas líneas arriba.

Nuestro sentido de la vista es estéreo o binocular; esto es, cada ojo percibe las imágenes desde una posición lige-ramente diferente. El cerebro utiliza la disparidad entre ambas imágenes para obtener información tridimensional, como relieves, profundidad y distancia relativa a que se encuentran los objetos.

VISIÓN ARTIFICIAL

La disciplina conocida como “Visión Artificial” busca cons-truir sistemas basados en la captación y análisis de la ener-gía luminosa reflejada por los objetos, para obtener infor-mación 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

para “adquirir imágenes”, y una computadora u otro dis-

positivo digital programable, para procesar y analizar la

imagen, extraer información útil y tomar decisiones.En la actualidad, los dispositivos para adquirir las

imágenes casi siempre consisten en cámaras con elemen-tos 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. La imagen así formada es representada como un “mapa de pixeles”, una matriz para la cual a cada posición de la imagen corresponde in-formación relativa al color e intensidad de la luz captada.

Estas imágenes son procesadas por la computadora, que obtiene la información útil de la imagen para anali-zarla y tomar decisiones.

SISTEMAS DE VISIÓN BARATOS

En la década más reciente, se ha avanzado mucho en el des-arrollo de dispositivos de cámaras digitales cada vez más

Sistemas de visión para robots

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.

Carlos Pfeiffer

listo para ir a la escuela antes de las 7 de la mañana, y ya son las 6 con 50 minutos y 10 segundos, y todavía debe bañarse“.

“Robot, te ordeno que te vayas y me dejes dormir”, dijo enérgicamente Rodrigo, levantándose apenas de la cama, a lo que el Robot contestó: “A pesar de que soy su robot individual y debo obedecer las órdenes que usted me da, debido a la programación que hizo su mamá en mí, debo obedecerla a ella primero y después a usted. Así que tiene 30 segundos para levantarse”.

En lugar de hacerlo así, Rodrigo se introdujo más aden-tro bajo las colchas.

“Señorito Rodrigo: mi sistema de visión me indica que usted ha desaparecido, pero mi sistema de razonamien-to me indica que usted en realidad está escondido en la cama; le pido nuevamente que se levante”.

“Vete”, gritó Rodrigo de nuevo. Como ya habían pasa-do los 30 segundos del plazo que había dado el robot, éste, haciendo unos movimientos precisos, quitó colchas y sábanas y levantó a Rodrigo, que a pesar de los gritos y patadas que daba, no afectaba para nada al robot en sus acciones.

El robot llegó al baño con Rodrigo a cuestas, y sin que el niño pudiera dar siquiera un suspiro, le quitó el pijama, la ropa interior, y lo metió bajo la regadera; luego abrió las llaves del agua.

Rodrigo gritó: “el agua está fría”. Sin inmutarse, el ro-bot le contestó: “no sea chillón, pronto se calentará. Mien-tras usted se baña, voy a tender su cama y prepararé el desayuno”.

“Por favor, Robot, prepárame el nuevo cereal ciclotróni-co que anuncian en la holovisión”.

“Su mamá dio órdenes precisas de que no le prepara-ra esa clase de desayuno, porque lo vuelve hiperactivo, y según la información que su honorable madre introdujo en mi memoria cuántica, la última vez que usted comió eso, trató de averiguar el funcionamiento del robot ante-rior, lo abrió, conectó mal su módulo cartógrafo y por eso cayó por la ventana, y por esta razón estoy yo ahora aquí, para ser su más humilde servidor. Le voy a preparar sus huevos a la cibernética”.

“No, ésos no”, gritó el niño, “mejor huevos a la mexi-can”.

El robot fue al cuarto, tendió las sábanas, y se fue a la cocina a preparar el desayuno. Después, puso lo que había preparado sobre la mesa y llamó a Rodrigo para que fuera a desayunar, sin obtener respuesta. Se dirigió al cuarto del niño, y ¡cuál fue su sorpresa al encontrar a Rodrigo acostado de nuevo en la cama!

“Señorito Rodrigo, llegaremos tarde a la escuela de nuevo. La maestra X10 quiere que seamos puntuales. La última vez que llegamos tarde me dio unas descargas eléc-tricas como castigo, de las cuales todavía no me recu-pero”.

“Está bien, Robot, me voy a levantar, pero más te vale que los huevos a la mexican estén sabrosos”.

“Claro, estarán deliciosos, solamente que no serán huevos a la mexican, sino a la pekinese. Los ingenieros me diseñaron para guisar ese estilo de huevos a la perfec-ción”, contestó orgullosamente el robot.

“¡Ahora me doy cuenta!”, exclamó enojado Rodrigo, “¡Mi Papá lo repitió. Con tal de ahorrar un poco de dinero, me compró otra vez un robot pirata de baja calidad, en lugar del TX8 original de la compañía Mexican Robots!”.

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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 comercia-les de inspección visual para detectar piezas defectuosas, verificar el ensamblado de un circuito, contar piezas, co-ordinar la operación de maquinaria, identificar el tipo de pieza para su empaque, entre otras operaciones industria-les 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 tridimen-

sionales con múltiples cámaras y luz estructurada, está

creciendo rápidamente.

Los sistemas de visión artificial también se han conver-tido 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 foto-grafías 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, carac-terísticas de forma, color, componentes, textura y otras más que pueden ser utilizadas para identificar y clasificar

los objetos, mediante una base de datos recopilada previa-mente con información relevante de los tipos de objetos involucrados.

El gran éxito de los sistemas de visión en aplicacio-

nes 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 preesta-blecidas; 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 au-tomóvil, las condiciones de iluminación y la posición de las cámaras varían fuertemente. Puede haber embotella-mientos, cruce de peatones, señalamientos de tráfico en diferentes posiciones, y en ocasiones parcialmente obstrui-dos; 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 inves-tigación para lograr un sistema de visión con capacidad apenas remotamente parecida a la de un ser humano.

Doctor Carlos Pfeiffer Catedrático e Investigador Departamentode Ciencias Computacionales/ ITESM [email protected]

EL CARTÓGRAFO Y LA REPRESENTACIÓN

DEL CONOCIMIENTO

El Cartógrafo es un módulo con mapas del medio ambien-te, y se encarga de ubicar al robot dentro de ellos (ver figura 4).

En cuanto al módulo de Representación del Cono-cimiento, en él se plasma el conocimiento a través de dis-tintas “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 módu-los 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 de-

berá seguir. Así, continuando con el ejemplo referente a las creen-

cias o hay un agujero adelante del robot o hay una som-

bra enfrente de él, tenemos lo siguiente: ahora el módulo Modelo del Mundo pregunta al Cartógrafo si tiene regis-trado un hoyo alrededor de las coordenadas en donde se localiza el robot.

Supongamos como respuesta un NO. Luego, le pre-gunta 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 infor-mación, gracias a la cual el robot valida la creencia de que enfrente tiene una sombra, se genera la siguiente acción: proseguir el camino.

ACTIVACIÓN DE METAS

Y BANCO DE PROCEDIMIENTOS

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 cuen-ta con un conjunto de procedimientos para resolver de

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. Para ello recurre a técnicas de inteligencia artifi-cial. La inteligencia artificial es un área de las ciencias

computacionales encargada de representar acciones in-

teligentes, como el manejo de lenguaje natural, la visión, la toma de decisiones y el razonamiento, entre otras, en sistemas de cómputo. Un robot aparentará inteligencia mientras dichas técnicas se apliquen en forma correcta.

COMPORTAMIENTOS DE REACCIÓN

Y SISTEMAS DE CONTROL

Ante el conjunto de acciones que debe realizar, el robot registra una serie de comportamientos para evitar obs-táculos, o de reacciones ante sucesos no previstos por el Planeador. Algunos de estos comportamientos imitan las estrategias de ciertos insectos, como el bordear los obje-tos para reconocerlos.

Además, se aplican sistemas convencionales de con-trol, lazos de retroalimentación típicos para controlar el funcionamiento de los motores del robot.

APRENDIZAJE

Sin embargo, para poder convivir con los seres humanos,

un robot tiene que tener dos capacidades más: corregir

sus errores y aprender cosas nuevas. En la actualidad, existen varios métodos para que los sistemas artificiales aprendan, como son los algoritmos genéticos, las redes Bayesianas y las neuronales artificiales y la programación genética.

Una escena matutina en 2206(cuento corto)

Doctor Jesús Savage

Edna Márquez

Fernando Lepe-Casillas

El niño Rodrigo dormía plácidamente, cuando escuchó una voz que suavemente le decía que se tenía que levan-tar. Al principio, pensó que era su mamá la que lo llamaba; pero su mamá, por lo regular, no lo levantaba con tanta gentileza. Además, la voz sonaba un poco artificial.

Recientemente, su familia había adquirido, en el mer-cado ambulante que se coloca los domingos cerca de su casa desde hace dos siglos, un robot “pirata”, copia fiel del nuevo modelo TX8, de la compañía Mexican Robots Co., que todavía incluso no circulaba en el mercado, pero del cual ya había copias en toda la ciudad.

“Déjame dormir, no me molestes”, le contestó enojado Rodrigo al robot.

“Disculpe que lo moleste, señorito Rodrigo, pero su mamá me dio instrucciones precisas para que estuviera

Figura 4: Mapa del medio ambiente.

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ROBOTS DEL FUTURO

DEL CONOCIMIENTO

EL MODELO DEL MUNDO

EL PLANEADOR

APRENDIZAJE

Edna Márquez

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Ya en una publicación anterior de Conocimiento se expuso algo de lo que es la cirugía robótica en el área de ginecología. En este nuevo escrito deseo

exponer un poco más sobre la tecnología involucrada en este tipo de cirugía, que de seguro vendrá a revolucionar la medicina y sentará un precedente para futuras mejoras en el manejo quirúrgico de nuestras pacientes.

LOS ORÍGENES

En los años 80, el ejército de los Estados Unidos se em-barcó en un proyecto de cirugía a larga distancia. Existía la necesidad de proteger el bienestar de los cirujanos y no exponerlos a los peligros de estar en las cercanías de los conflictos. El ejército norteamericano tradicionalmente manda cirujanos militares al frente de guerra, en centros conocidos como MASH (Mobile Army Surgery Hospital), el más famoso de los cuales ha sido el MASH #4077, de la serie televisiva.

Sin embargo, estos centros de atención al soldado le-

sionado se encuentran aún hoy en día en lugares muy

cercanos a las líneas de conflicto, por lo cual se incurre en la pérdida colateral de personal médico que sucumbe bajo el fuego del enemigo.

SISTEMA “DA VINCI”

A fines de esa misma década, se desarolló el prototipo original del sistema “Da Vinci”, en el Standford Research Institute, bajo contrato de la Armada Estadounidense.

El sistema debería incluir un robot que pudiera ser “co-nectado” al herido por un soldado paramédico que esuvie-se viajando con las tropas. Una vez conectado el robot con

el herido, un cirujano experto y a larga distancia estabili-zaría al enfermo lo suficiente para sacarlo de un estado crítico y para que pudiera ser trasladado tras las líneas y asi poder completar el manejo.

En teoría, este sistema suena idóneo; pero, en la prác-tica no lo fue tanto. Resulta que el sistema inventado de-

pende íntimamente de la cirugía laparoscópica, y sólo

podía ser utilizado en lesiones intra-abdominales, en donde la laparoscopía podÍa ser usada.

Las lesiones que sufren los soldados son muy varia-das, y no siempre en el abdomen, por lo que el sistema robótico tendría muchas limitantes.

Mientras la idea original del sistema robótico fue o-rientada al campo de batalla, las posibles aplicaciones co-merciales fueron de más peso, y el proyecto fue abando-nado. Posteriormente fue otorgado a la compañía Intuitive Surgical.

LA COMPAÑÍA

Intuitive Surgical fue fundada en 1995, y en enero de 1999 fue lanzado el sistema “Da Vinci”. Fue el primer sistema robótico de cirugía aprobado por la FDA (Food and Drug Administration) para cirugía laparoscópica en el área de cirugía general.

En los años siguientes, la FDA aprobó el sistema “Da

Vinci” para cirugía torácica y para procedimientos de

urología. Los procedimientos ginecológicos fueron apro-

bados en agosto de 2005.

En junio de 2000, Intuitive Surgical lanzó su primera oferta pública al mercado de valores (Nasdaq: ISRG), y en 2003 la compañía compró a su principal competidor, Com-puter Motion, que resultó la única compañía en el mundo capaz de ofrecer sistemas de cirugía asistida por robot.

Actualmente hay más de 860 robots quirúrgicos en

el mundo, y la compañia tiene en su haber más de 800 pa-tentes internacionales relacionadas con esta tecnología.

Con oficinas principales en Sunnyvale, California, In-tuitive Surgical tiene más de 650 empleados en todo el mundo, y una liquidez de más de 448 millones de dola-res.

EL SISTEMA

El sistema quirúrgico “Da Vinci” es una sofisticada plata-forma robótica, diseñada para efectuar procedimientos quirúrgicos complejos, mediante la utilización de cirugía mínimamente invasiva.

El sistema consiste en una consola para el cirujano, un robot que se conecta al paciente, con cuatro brazos interactivos, un sistema de video en tercera dimensión, e instrumentos con una patente exclusiva llamada En-

doWrist (endo-muñeca), que reproduce fielmente los

movimientos de la articulación metacarpiana (muñeca)

del cirujano. La “EndoWrist” robótica excede la movilidad natural de la muñeca humana, refina los movimientos del cirujano y filtra el temblor natural de los movimientos de las manos. En caso de movimientos bruscos, el robot se “congela” y no permite que haya lesiones no intencionadas a los tejidos. El visor tridimensional tiene un detector de la atención del cirujano en el campo quirúrgico, y en caso

Cirugía robóticaen ginecología(Pars Secunda)

Vincenzo Sabella, M.D.

Jefe del Departamento de Ginecología

y ObstetriciaHospital Saint LukesInstructor de Cirugía

Robótica en Estados Unidos,

con patrocinio de Intuitive SurgicalSan Antonio, Texas

[email protected]

Los 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 caracter-ísticas les dan una cierta autonomía, la cual radica en su capacidad de tomar decisiones a partir de una represen-tación interna del mundo.

Así, los robots deben tener dos capacidades bási-

cas: adaptabilidad (para reaccionar en forma oportuna

y apropiada a sucesos imprevistos, modificadores de su

medio) y determinación (para escoger las acciones apro-

piadas para lograr sus objetivos). Además, deberán atacar los problemas, tanto los rela-

cionados con la adaptación al medio, como con la determi-nación para perseguir sus metas de manera eficaz, aplican-do procedimientos probados en situaciones rutinarias.

La figura 1 muestra el sistema ViRbot, en el cual pue-den 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).

ViRbot: un sistema para operar robots de servicioJesús Savage

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

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 segun-

dos 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 da-das por una persona en forma natural. Por ejemplo, cuan-do una persona dice: “Robot, tráeme mis zapatos”, éste deberá reconocer cada palabra pronunciada, y el signifi-cado global de la oración. Por otra parte, el robot deberá responder con voz sintetizada y agradable.

PERCEPCIÓNEl 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 ade-lante del robot o hay una sombra enfrente de él”.

Figura 3. Sombra enfrente

de un robot.

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

Doctor Jesús Savage Departamentode Procesamiento de Señales. Facultad de Ingeniería / UNAM [email protected] Fernando Lepe-CasillasEdna Márquez Laboratorio de Proyectos Especiales

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de que el cirujano desvíe su vista momentáneamente del campo operatorio, también se paraliza para evitar cual-quier movimiento o acción involuntarios.

El sistema está desarrollado para traducir los mo-vimientos de las manos del cirujano en movimientos más precisos, con lo que disminuyen algunas fallas humanas.

La plataforma contiene sistemas audiovisuales en ter-

cera dimensión, que proveen al cirujano con una experien-

cia inmersiva en el campo quirúrgico y muestran estruc-

turas anatómicas con una nítida resolución y a cualquier magnificación deseada por el operador.

El cirujano se coloca cómodamente sentado en una consola quirúrgica que contiene manivelas, un visor, pe-dales para accionar las diferentes fuentes de energía y para mover la cámara, y un sistema de comunicación entre el operador y el personal cercano a la paciente.

Teóricamente, se pueden efectuar operaciones a larga distancia via satélite, lo cual ya se ha experimentado en varias ocasiones.

Sin embargo, la cirugía a larga distancia no se ha impul-sado por muchos motivos, uno de los cuales es la vulnera-bilidad médico-legal a la que nos encontramos expuestos los médicos, los hospitales y las compañías de aparatos médicos en los Estados Unidos.

LA CIRUGÍA

En el caso de una cirugía ginecológica, como sería una histerectomía, levantamiento de vejiga urinaria, repara-ción de relajacion pélvica u otras, la paciente se somete a anestesia general, se le prepara como en cualquier otro tipo de cirugía con asepsia abdominal y vaginal, y con la inserción de un catéter urinario.

Los instrumentos laparoscópicos se insertan en el ab-domen a través de cuatro o cinco pequeñas punciones, de aproximadamente siete milímetros cada una, y en lugares estratégicos, según el tipo de cirugía que se vaya a efec-tuar. El abdomen se llena con bióxido de carbono (CO2), para mejorar la visibilidad y obtener espacio para manio-brar dentro del mismo abdomen.

Una vez hecho esto, se acerca el robot con sus tres o

cuatro brazos interactivos, cada uno de los cuales se co-

necta a cada trocar ya insertado en la pared abdominal. Después de este docking o “atracamiento” del robot con la paciente, el procedimiento continúa a través de la consola quirúrgica antes descrita.

Por lo general, el procedimiento continúa sin mayor dificultad y en forma rápida (lo que depende de la expe-riencia del cirujano). Se usan pinzas y tijeras electrónicas para cauterizar y cortar los tejidos con un mínimo de trau-

En la parte inferior izquierda se muestran las computa-doras del lado del servidor, mientras que a su lado dere-cho se muestran los comandos para el control del robot.

En la figura 7 se muestra la plataforma de control re-moto desde el IRCCyN a diferentes momentos de la tele-operación.

Japón, se piensa que superarán las obtenidas por la in-

dustria automotriz de dicho país en los años por venir. Por tal motivo, y tomando en cuenta la importancia

de este campo de la ingeniería, será necesario desarrollar nueva infraestructura para la enseñanza y la formación de recursos humanos, que integre en la sociedad y en los centros de producción, las nuevas tecnologías que se de-sarrollarán dentro del campo de la robótica.

En este trabajo se presentó una arquitectura desarro-

llada para el tele-control y la tele-programación, la cual

ha sido aplicada en la operación de un robot hexápodo

controlado desde el IRCCyN, de Nantes, Francia, y situa-

do en el CIIDIT, Apodaca, México. Esta arquitectura ha permitido la integración fácil de hardware y de software, y ofrece una excelente herramienta para la experimentación remota y de tele-presencia.

Nuevas áreas de aplicación y de investigación se es-tán desarrollando gracias a estos nuevos esquemas de tele-presencia. La tele-robótica es una área que se está desarrollando rápidamente gracias a la red de Internet, y permite a muchos usuarios tener acceso a equipos o plata-formas experimentales importantes para la enseñanza y/o la investigación.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue realizado bajo el financiamiento de la SEP-CONACYT, ECOS-NORD, PAICYT-UANL.

REFERENCIAS1. A. Baccigalup, C. De Capua, A. Liccardo, “Overview on Development of Remote Teaching Laboratories: from LabVIEW to Web Services”, IMTC 2006, Instrumentation and Measurement Technology Conference, Sorrento, Italy, pp. 24-27, April 20006.2. Deborah A. Miele, Benjamin Potsaid, Jhon T. Wen, “An Internet-based Remote Laboratory for Control Education”, IMTC 2005, Instrumentation and Proceedings of the American Control Conference, Arlington, VA, June 25-27, 2001.3. E. Garcia Cecilia, Ricardo Carelli, José F. Postigo, Carlos Soria, “Supervisory Control for a Telerobotic System: a Hybrid Control Approach”, Control Engineering Practice 11, pp. 805-817, 2003.4. Franco Davoli, Senior Member, Giuseppe Spano, Stefano Vignola, Sandro Zappatore, “Towards Remote Laboratories With Unified Access”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol 55, No. 5, OCtober 2006.5. Housheng Hu, Lixiang Yu, Pui Tsui, Quan Zhou, “Internet-based Robotic System for Teleoperation”, International Journal of Assembly Automation, Vol. 21, No. 2, 2003”.6. Hyun Chul Cho, Jong Hyeon Parck, “Stable bilateral teleoperation under time delay using robust impedance control”. Mechatronic, Vol. 15: 611-625, 2005.7. J. W. Overstreet, A. Tzes, “An Internet-based real-time control engineering laboratory”, IEEE control Systems Magazine, 19(5):19-34, 1999.8. M. Cobby, D. Nicol, T.S. Durrani, W.A. Sandham, “Teaching electronic engineering via the Worl Wide Web”, IEEE Colloquium Computer Based Learning in Electronic Education, London, U.K., pp. 7/1-11.9. Meng Wang, James N.K. Liu, “Interactive Control for Internet-based Mobile Robot Teleoperation”, Robotics and Autonomous System 52, pp. 160-179, 2005.10. M. J. Callaghan, J. Harking, M. El Gueddari, ATM McGinnity, LP Magure, “Client-Server Architecture for Collaborative Remote Experimentation”, Procedings of the ICITA 2005, 0-7695-2316-1/05 IEEE.11. M.J. Finley “Tele-learning: The killer app?”, Guest Editorial, IEEE Common, Mag, Vol. 37, No 3, pp.80-81.12. Ning Xi, T.J. Tarn, “Stability analysis of non time references Internet.based Telerobotic System”, Robotic and Autonomous Systems 32 (2000), pp. 173-178, 2000.13. Peter F. Hokayen, Mark W. Spong , “Bilateral teleoperation: An historical survey”, Automatica 42 (206): 2035-205714. P.K. Imbrie, Seetha Raghavan, “Work in Progress - A Remote e-Laboratory for Student Investigation, Manipulation and Learning”, 35th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, Indianapolis, October 2005.

Figura 6. Acceso remoto desde IRCCyN, Francia

5. CONCLUSIONES

En los próximos años, la robótica tendrá un impacto muy importante en la actividad económica de un país. Por men-cionar la importancia de este argumento, las ganancias

económicas de la industria relacionada con robótica en

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LOS ORÍGENES

LA COMPAÑÍA

EL SISTEMA

[email protected]

EL AMBIENTE VIRTUAL

TAREAS DEL ROBOT

de un robot.

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LA CIRUGÍA

AGRADECIMIENTOS

5. CONCLUSIONES

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ma y pérdida sanguínea. Éstas son algunas de las mayores ventajas de este tipo de cirugía.

MÍNIMA PÉRDIDA SANGUÍNEA

El manejo de los tejidos es muy delicado, lo cual se tra-duce en menor dolor posoperatorio. La pérdida sanguínea es mínima, usualmente de 30 mililitros en promedio para una histerectomía, lo cual resulta en menor debilidad de

la paciente y en una movilidad más temprana después de la cirugía.

Las pacientes no sufren incisión en el abdomen, sino cuatro punturas de menos de un centrímetro, lo cual tam-bién se traduce en menos dolor.

En nuestra experiencia con las primeras 150 cirugías robóticas no tuvimos ninguna infección seria como resul-tado del procedimiento. Se presentaron algunas infeccio-nes urinarias debido a la presencia del catéter en la vejiga (lo cual es muy frecuente en cualquier tipo de cirugía).

El 90 por ciento de las pacientes tienen una estancia

hospitalaria de menos de 24 horas. Las hacemos comer una dieta normal tan pronto como despiertan de la anes-tesia. Son dadas de alta sólo con analgésicos por via oral, y por lo general regresan al trabajo o a sus actividades nor-males en un periodo de aproximadamente dos semanas.

EL ENTRENAMIENTO

Ni son todos los que están, ni están todos los que son. La cirugía robótica no es para todos los pacientes ni para todos los cirujanos. Existen aún muchas limitantes, tanto en la tecnología como en las aplicaciones anatómicas de estos procedimientos.

Esta tecnología se puede aplicar hoy en día solamente

en especialidades como cirugía general, cirugía cardio-

torácica, urología, ginecología y cirugía pediátrica.

Otras especialidades aún no se han beneficiado de esta innovativa técnica; sin embargo, se sigue investigando en nueva instrumentacion para poder ofrecer este beneficio a otras especialidades.

La mejor inversión que podemos hacer actualmente es la de entrenar residentes en cirugía laparoscópica conven-cional (a falta de la disponibilidad de un sistema robótico). Se ha comprobado que aquellos cirujanos que han sido en-trenados en laparoscopía durante su especialización, re-quieren menos tiempo para entrenarse en cirugía robótica que aquéllos que no lo hicieron.

Los cirujanos acostumbrados a grandes incisiones ab-

dominales, y quienes fueron siempre renuentes a adoptar

técnicas de cirugía micro-invasiva, son los que se enfren-

tan a una curva de aprendizaje más difícil cuando se de-

ciden a adoptar la cirugía robótica.

Sucede como en el caso de las computadoras: cuando un niño es entrenado desde temprana edad en su uso, nunca tendrá las mismas dificultades que aquél que de-cidió aprender computación en edad adulta.

CONCLUSIÓN:

La cirugía con asistencia de un robot es un concepto viejo y nuevo al mismo tiempo; antes la soñábamos, y hoy con-tamos con ella.

Depende de nosotros, como cirujanos, el establecer e impulsar técnicas quirúrgicas que beneficien a nuestros pacientes y que les permitan tener sus padecimientos re-sueltos con un mínimo de dolor y con una rápida recupe-ración. Después de todo, estamos en el siglo XXI; es tiem-po de actuar como una sociedad avanzada y de explotar al máximo la tecnología para el beneficio de la humanidad.

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 Monte-

rrey, México (ver figura 5).Tele-programación. Aquí el estudiante utiliza el len-

guaje de programación BASIC a fin de programar un mi-crocontrolador llamado PICAXE. En esta plataforma, el estudiante puede usar las instrucciones básicas para pro-gramar los servomotores del robot como lo son: servo, goto, serin, serout, pause, if, for

Además, el estudiante puede programar el microcon-

trolador 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 pro-gramación.

Tele-control. La plataforma permite compartir los re-cursos del bloque DLL’s del esquema de la figura 3, de modo que el estudiante puede diseñar sus propios pro-gramas en VBasic, C, Matlab u otro lenguaje para controlar el robot. En la opción telecontrol, el estudiante puede dise-ñar 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 estabi-lidad 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 uti-lizar en forma remota. En este caso la plataforma com-parte 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, Fran-cia.

• Matlab/Simulink es usado generalmente para el control de sistemas dinámicos.• ControlDesk, herramienta gráfica para controlar en tiem-po 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 usa-do 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 com-putadora B a través de control remoto. Además, esta com-putadora protege el acceso a la plataforma (robot) a fin de evitar daños causados por usuarios no autorizados.

Figura 4. Esquema del laboratorio remoto.

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

4. PLATAFORMA EXPERIMENTAL

PARA LA ENSEÑANZA DE LA ROBÓTICA

En el campo de la enseñanza donde se requiere de proce-dimientos experimentales para reafirmar los conocimien-tos adquiridos, los laboratorios remotos presentan algu-nas ventajas con respecto a los laboratorios presenciales. A continuación mostramos algunas diferencias entre labo-ratorio 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, soft-ware, etcétera. El estudiante es motivado cuando está viendo los resulta-dos experimentales y comprobando las teorías aprendi-das en el salón de clases con resultados reales.

Ahora presentamos una aplicación de la arquitectura propuesta para el control de robots a distancia utilizando

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 su-perior 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.

26y47.indd 1 01/07/2008 19:46:40

La cirugía cardíaca ha experimentado un cambio pro-fundo en los últimos años, debido a la introducción de la cirugía mínima invasiva y, particularmente, al

uso de robots. Los avances en el campo de la cirugía se

han concentrado recientemente en la disminución del

grado de invasión del cuerpo por el procedimiento qui-

rúrgico.

Los adelantos en la tecnología proveen la base para desarrollar intrumentos, equipo y técnicas que nos per-mitan obtener el mismo resultado médico, pero con un grado de invasión mínima para el paciente. El progreso en el área de imágenes de video, la tecnología endoscópica y la instrumentación han hecho posible la transformacion de muchos procedimientos de cirugía abierta a procedi-mientos endoscópicos. En este campo, el robot da Vinci se ha estado usando en salas de operaciones, bajo el control del cirujano, para hacer la cirugía de una manera mínima invasiva.

ALTO GRADO DE INVASIÓN

Aunque la cirugía cardíaca se ha hecho de manera exito-sa por más de tres décadas, generalmente con buenos re-sultados, todavía es una cirugía con un grado de invasión muy importante en el cuerpo. El cortar el esternón y usar la máquina de pulmón artificial puede crear morbilidad para el paciente, la cual se manifesta como complicaciones u obstáculos en la recuperación. Si se puede minimizar el trauma qurúrgico para el paciente, el riesgo quirúrgico y las complicaciones se reducen.

la pantalla, y para controlar la luz en el área de cirugía. El concepto inicial era para poder operar en un lugar dis-tante, pero técnicamente es muy difícil. Todo el equipo está en la misma sala de operaciones, como se ve en las figuras 2 y 3.

Cirugía robótica cardiacaCarmelo Otero

Ejemplo de incisiones en la figura 1

Esta figura representa la incisión tradicional para la reparación de la válvula mitral, frente a la incisión mínima invasiva.

SISTEMA DA VINCI

El sistema Da Vinci se compone de tres partes: la consola (controles para el cirujano), la torre de video, y lo brazos robóticos. Con este sistema se puede hacer la cirugía mí-

nima invasiva del corazón. El cirujano controla los bra-zos robóticos mediante el uso de la consola robótica. La torre de video tiene el equipo para producir la imagen en

Entre los procedimientos quirúrgicos para los que se usa el sistema Da Vinci, está la cirugía de puente o “bypass” para enfermedad de arterias coronarias, y cirugía para reparar la válvula mitral. Hay otros procedimientos cardíacos que también se pueden hacer con la ayuda del robot, como la cirugía para fibrilación atrial (latido irregu-lar), implantación de alambres para marcapasos, y otros. Todos estos procedimientos se pueden hacer de una for-ma mínima invasiva.

Los adelantos en la tecnología hacen posible la cirugía mínima invasiva. Para hacer cirugía de corazón, se ne-

cesita usar la máquina de pulmón artificial (la bomba,

o máquina de circulación extracorpórea) para las ope-raciones de válvulas, y a veces para la cirugía de puente o “bypass”. La tecnología sigue en paralelo el desarrollo del robot, y produce el equipo e instrumentos necesarios para poder hacer las operaciones para las cuales se necsita usar la máquina de pulmón artificial sin tener que hacer una esternotomía (abrir el pecho o esternón).

Figura 2 Arreglo típico en sala de operaciones.

Torre de video. Brazos robóticos Cirujano en la consolaFigura 3.

Doctor Carmelo OteroInstructor Nacional de Cirugía Robótica para Intuitive SurgicalSan Antonio, Texas [email protected]

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 lla-mado maestro y el otro esclavo, separados por un canal de comunicación. En [20], los métodos de tele-programación están basados en la tele-operación.

2. ESQUEMA BASADO

EN PROGRAMACIÓN MULTICAPA

Introduciremos ahora una descripción del software uti-lizado para el diseño de la plataforma de control remoto de equipos a través de la Internet.

En la figura 3 se muestra la arquitec-tura del software pro-puesto, el cual es más efectivo que los es-quemas aplicados de tele-presencia clásico, puesto que permite la interacción entre dife-rentes elementos de HW y SW, lo que hace posible trabajar bajo los tres esquemas de

tele-presencia, i.e. tele-operación + tele-control + tele-pro-gramación.

La capa de alto nivel corresponde a la del servidor HTTP, servicios WinSock, servidor Webcam y el servidor de comunicación serial RS232. El segundo nivel del esquema está implementado por módulos de PHP script, librerías DLL y los servicios de la base de datos. Todos los servicios pueden ser compartidos por un servidor tipo VNC.

Esta distribución de software presenta grandes venta-jas, entre las cuales se puede mencionar la seguridad en la plataforma, y que ofrece varias opciones para transmitir la información hacia el hardware.

Capa de Presentación. En el servidor HTTP está en la capa de presentación. Esta capa contiene varias páginas Web con información de los servicios de la plataforma.

Capa Lógica. En esta capa se tiene la capa de progra-mación. Tres lenguajes de programación son usados en la plataforma: PHP, VBasic y SQL. En esta capa interactúan los bloques: i) “PHP scripts” (los cuales contienen varios programas en PHP), ii) el bloque de base de datos MySql y, iii) el bloque de las librerías DLL (diseñadas en VBasic).

Capa de base de datos. La capa de base de datos con-tiene información de la plataforma, i.e. la lista de usuarios, logbook. La capa Lógica y la capa de base de datos confor-man el esquema de seguridad de la plataforma. Gracias a esto es posible usar las restricciones proporcionadas por un script de PH, la cual permite el uso de la plataforma solamente si el usuario tiene la autorización. En este caso, PHP interactúa con MySql a fin de validar al usuario.

Capa de comunicación. La plataforma proporciona diferentes caminos de comunicación con el hardware: i)

usando el servidor serial (RS232 Server), ii) usando los ser-vicios WinSock y, ii) usando la interacción entre PHP script, la librería DLL y los servicios WinSock en el segundo nivel del esquema.

Si el servidor serial es utilizado, entonces el puerto se-rial de la plataforma es compartido, a fin de establecer la comunicación remota con el hardware del laboratorio.

FORMA OPERACIONAL DE LA PLATAFORMA

Cuando se desea utilizar los servicios de programación

remota, el esquema de la figura 3 abre un canal de comu-nicación con el fin de compartir los servicios de comuni-cación serial (RS232), y realizar la programación remota.

Si se desea utilizar los servicios de control remoto, entonces el esquema mostrado en la figura 3 abre más opciones de comunicación. La primera opción es similar al método de programación remota; sin embargo, en este caso el tablero de control y el equipo (robot) están sepa-rados.

La segunda alternativa de control remoto es mediante el uso del WinSock, la cual es similar al método anterior, pero en este caso el intercambio de información se realiza por módulos de programación en WinSock. Aquí es ne-cesario conocer los comandos del controlador con el fin de enviar la información a través de Internet al modulo WinSock, y entonces este último enviará la información correspondiente al hardware.

La tercera opción de control remoto es cuando el es-

quema permite el acceso al control del hardware, usan-

do una página Web, donde el usuario hace el trabajo del

controlador. En este caso, el esquema de la figura 3 recibe los comandos del usuario por medio de la página Web y los envía a algún script del PHP. Este último reenvía los comandos al software correspondiente de control, que se encuentra en la misma plataforma.

Finalmente, en la operación remota, los esquemas pueden ser compartidos usando un servidor VNC (Virtual Network Computer), el cual es un protocolo de comuni-cación basado en el protocolo RFB. Éste permite el acceso remoto del “escritorio de otra computadora” localizada en la Web. El protocolo VNC transmite el teclado y los eventos del mouse de una computadora a otra, transmitiendo la pantalla gráfica actualizada en otra dirección en la red.

3. IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO

En esta sección, se presenta la arquitectura de un laborato-rio remoto usado en sistemas de control y robótica. Esta estructura se muestra en la figura 4.

Computadora A. Permite establecer una comunicación textual y oral entre un usuario local y el remoto, de modo que esta computadora proporciona una ayuda en línea y utiliza los siguientes paquetes de software gratuitos:

• Messenger: Comunicación de Texto y Webcam.• Skype: Comunicación, Telefonía IP y videoconferen-

cias.Computadora B. Tiene la tarea de compartir varios re-

cursos a través de la Internet. La arquitectura propuesta está instalada en esta computadora. Aquí se encuentra ins-talado el siguiente software:

Figura 3. Arquitectura multicapa propuesta.

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EL ENTRENAMIENTO

CONCLUSIÓN:

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rúrgico.

SISTEMA DA VINCI

2. ESQUEMA BASADO

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MODIFICACIÓN DE TÉCNICAS

Las técnicas para las operaciones cardíacas desarrolladas en el pasado se modificaron para usarlas de manera míni-ma 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 com-plicaciones 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 ci-rugía robótica, y con el uso de ésta el riesgo es menor para la gran mayoría de los pacientes.

Asimismo, la recuperación postoperatoria es más rá-

pida, y hay una tendencia hacia menor uso de transfu-

siones de sangre. El dolor postoperatorio disminuye gran-demente; 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 exce-

lentes, con menores porcentajes de mortalidad y morbi-

lidad para los pacientes.

IMÁGENES TRIDIMENSIONALES

En estas operaciones, el cirujano controla los brazos ro-bóticos 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 es en realidad una doble cámara. Con esta doble cámara y el programa computarizado, la imagen que el cirujano ve a través de la consola es tridimesional. Al tener la imagen en tercera dimensión, el cirujano puede ejecutar su cirugía con mayor precisión. Los otros dos o tres brazos se usan para instrumentos quirúrgicos.

Los instrumentos quirúrgicos se intercambian bajo la supervisión y dirección del cirujano. Estos instrumentos tienen movimiento en todas direcciones, a fin de facilitar el procedimiento, minimizando la incisión. Estos instru-mentos proveen más destreza para el cirujano en un área limitada. Los instrumentos se han desarrollado específi-

camente para el robot, y son muy parecidos a los intru-

mentos usados en la cirugía convencional.

La cirugía convencional es todavía la manera prevale-ciente de corregir problemas cardíacos, ya que no todos los pacientes que requieren cirugía cardíaca son candida-tos para intervención con el uso del robot.

Los pacientes con bloqueos en las arterias coronarias del lado izquierdo del corazón tienen una posibilidad más alta de ser candidatos a cirugía con el uso del robot.

La mayoría de los pacientes con condiciones que afectan la válvula mitral, particularmente regurgitación mitral (la válvula no cierra por completo) son candidatos para cirugía asistida por el robot, y hasta la fecha los re-sultados obtenidos han sido paralelos a los resultados con la cirugía tradicional, pero con recuperación más rápida y estancias más breves en el hospital.

Todas estas cirugías y técnicas son todavía muy nue-vas y se continúan refinando. La tecnologia sigue avan-

zando, y se llevan a cabo los estudios conducentes a

confirmar los buenos resultados y continuar el progreso

en la cirugía cardíaca. La instrumentación también está siendo modificada, para adaptarla mejor a procedimien-tos mínimo invasivos.

Para más información, los interesados pueden comuni-carse a nuestro Centro de Cirugía Minima Invasiva Cardio-vascular y Torácica, en San Antonio, Texas 210-615-6626 o enviar correo electrónico a [email protected]. También pueden encontrar más información a través de nuestra página de internet www.CMICS-SA.com y a través de la página de internet del robot DaVinci.

Como todos los procedimientos nuevos, se debe seguir el progreso de una manera cuidadosa, para estar seguros de que los pacientes reciban el mejor procedimiento con los mejores resultados y menores complicaciones. El mun-do de la cirugía cardíaca continúa cambiando diariamen-te, con el objetivo de mejorar el cuidado de los pacientes cardiovasculares.

BREVE HOSPITALIZACIÓN

La estancia en el hospital es más corta para los pacientes de cirugía robótica. El promedio de internamiento en el hospital para pacientes de bypass es de dos días, y de tres dias para pacientes de reparación de la válvula mitral.

Figura 4 Cirugía de ”bypass” de coronarias.

Figura 5 Cirugía de válvula mitral.

exploración de campos petroleros submarinos. Además, se tienen otras áreas, como limpieza de desechos tóxicos, aplicaciones médicas, como el tele-diagnóstico y la tele-cirugía, o la explotación de minas.

Otras áreas muy atractivas e interesantes se desarro-llan actualmente, como el control de aviones, de automó-viles y de trenes, por mencionar algunas.

EXPERIMENTACIÓN REMOTA

En otro orden, en la experimentación remota existen va-rios esquemas basados en canales de comunicación llama-dos esquemas de tele-presencia. Mediante instrumentos de medición especiales –sensores- e infraestructura tec-nológica -pantallas graficas, transmisión de voz, imágenes y datos- el humano puede hacerse sentir presente en un lugar remoto, aun y cuando no esté realmente ahí.

Algunos de los esquemas son: i) tele-operación, ii) tele-

programación y iii) tele-control. En [9] y [5] se mencionan algunos resultados relacionados con la tele-operación. Por otro lado, en [3] y [18], los autores proponen un esquema de telecontrol. En otros trabajos, por ejemplo en [16] se analiza el retraso de tiempo en los sistemas de telecomu-nicación, y en [12] se estudia la estabilidad del sistema retroalimentado con control remoto.

Otros autores proponen plataformas que sólo se utili-zan para el accionar remoto de los equipos; por ejemplo, los robots, ([9], [5], [18]). Finalmente, pocos trabajos han sido publicados acerca de la programación remota (ver, por ejemplo [15]).

TELE-PRESENCIA

Sin embargo, para que un laboratorio remoto dedicado a la enseñanza e investigación sea funcional, debe ser capaz de ofrecer diferentes esquemas de tele-presencia. Esto pue-de ser fácilmente apreciado a partir de la figura 1, (ver de-talles en [1]) donde una comparación entre los diferentes métodos de enseñanza, tomando en cuenta la efectividad de la enseñanza, el tiempo y el costo por estudiante, es esquematizado en la figura 1.

La principal característica de esta herramienta es su arquitectura multicapa, la cual permite una buena inte-gración de los elementos, tanto en hardware (HW) como en software (SW).

ORGANIZACIÓN

Este trabajo está organizado de la siguiente manera: en la Sección 2 se introducen los conceptos de tele-control, tele-operación y tele-programación. En la Sección 3, se propone un esquema basado en una arquitectura multi-capa. En la Sección 4, se presenta una descripción del labo-ratorio remoto propuesto. En la Sección 5, una aplicación del esquema propuesto es aplicada a un robot hexápodo localizado en el Centro de Innovación, Investigación y

Desarrollo en Ingeniería y Tecnología de la Universidad

Autónoma de Nuevo León (CIIDIT), Apodaca, México, y controlado desde el Institute de Recherche en Commu-

nication et Cybernetique de Nantes (IRCCyN), Nantes; Francia. Finalmente en la Sección 6, se presentan algunas conclusiones y recomendaciones.

1. ALGUNOS CONCEPTOS

En esta sección se introducen los conceptos de tele-ope-ración, tele-control y tele-programación.Tele-operación es definida como la operación continua, directa y remota de equipos remotos (ver figura 2). A par-tir de la introducción de la tecnología de tele-operación, fue posible el desarrollo de interfaces capaces de propor-cionar una interacción satisfactoria entre el hombre y el equipo experimental remoto. Por otro lado, el principal

objetivo del tele-control es extender la distancia entre

los dispositivos de control y el equipo a controlar. La distancia entre éstos se ha incrementado gracias al desa-rrollo tecnológico de la Internet (ver figura 2).

Entonces, tomando como referencia la figura 1, en este trabajo se introduce una plataforma llamada Tele-op-

ción, la cual ofrece una alternativa para el uso de labo-

ratorios remotos para la enseñanza y la investigación

en robótica, usando los esquemas de tele-presencia: tele-operación, tele-control y tele-programación.

Figura 1. Estudio comparativo entre laboratorios in situ y remotos.

La figura 2.A muestra un esquema de tele-operación a través de la Internet, trabajando con un canal simple de comunicación. Este canal es usado para cambiar o ajustar los parámetros de los dispositivos de control y/o de la planta. Sin embargo, los efectos de estos cambios depen-derán únicamente de lo que suceda en la capa del servi-dor.

La figura 2.B muestra un esquema de tele-control me-diante la Internet, en la cual dos canales de comunicación son requeridos (sistema en lazo cerrado), i.e. el camino de transmisión Ch1 y el camino de retroalimentación Ch2. Existen diferentes interpretaciones acerca del concepto

Figura 2. Esquemas de tele-control, tele-operación y tele-programación.

César Guerra TorresCentro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología Universidad Autónoma de Nuevo Leó[email protected]

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La red de Internet proporciona un excelente medio que permite el desarrollo de nuevas tecnologías de comunicación para diversas aplicaciones. Una que

ha tenido un desarrollo importante es la creación de labo-ratorios remotos dedicados a la robótica. El acceso remoto

a laboratorios de alto nivel ofrece un medio económico

y excelente para la enseñanza a distancia, para la inves-

tigación y para la experimentación remota. Algunos tra-bajos publicados proponen plataformas robóticas para el acceso a laboratorios experimentales basados en Internet; sin embargo, es necesario que estas plataformas dispon-gan de una buena arquitectura, de una clara metodología para su operación y que además faciliten la integración de los elementos tanto en software (SW) como en hardware (HW).

En este trabajo se presenta una plataforma de ac-ceso remoto basada en una programación multicapa que, además de facilitar la integración entre HW y SW, ofrece el acceso a los diferentes esquemas de tele-presencia: tele-operación, tele-control y tele-programación. Finalmente, se muestran las pruebas experimentales del esquema pro-puesto sobre un robot hexápodo localizado en el Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Nuevo León

(CIIDIT), Apodaca, México, y controlado desde el Institute de Recherche en Communication et Cybernetique de Nantes (IRCCyN), Nantes, Francia.

INTRODUCCIÓN

El acceso remoto a equipos de laboratorios complejos, modernos y costosos representa un tema atractivo y de gran interés, tanto para la investigación y para la enseñan-za, como para aplicaciones industriales. Actualmente, el estudio y la aplicación de la robótica en los diversos cam-pos de la ingeniería es uno de los temas que ha adquirido gran interés, debido a los grandes avances tecnológicos, y en particular a la Internet.

La enseñanza y la investigación en el área de la robóti-ca son unas de las prioridades que desafortunadamente se ven limitadas por los altos costos en equipamiento y en mantenimiento de estos equipos, lo que hace que estos laboratorios sean exclusivos de algunos centros de inves-tigación e instituciones educativas.

Varias plataformas experimentales, distribuidas en

diferentes laboratorios en el mundo, son accesibles en

línea a través de la Internet, lo que ha motivado que

nuevos campos de la ingeniería se desarrollen en esta

dirección, como es el caso de la tele-robótica, que per-mite a un operador supervisar el control de estos sistemas de manera remota.

Se han desarrollado técnicas de cooperación hombre–máquina en los niveles de programación, control y trans-misión de información, a fin de proporcionar al usuario servicios que permitan la transmisión de información de una manera simple, y que además sean accesibles a mucha gente que cuente con recursos multimedia.

La potencialidad de los laboratorios remotos para el control de robot [8], y en particular el uso de la Internet como canal de comunicación, están al alcance de los es-tudiantes o de los investigadores desde diferentes partes del mundo ([1], [10], [4], [2], [17], [14]), por lo que varios trabajos publicados, basados en experimentación remota en plataformas robóticas, están siendo utilizados como una excelente alternativa para acceder a equipos remotos ([2], [17], [7], [15]).

Por otro lado, para tratar de resolver el problema de verificar los algoritmos obtenidos para el control de robots u otros procesos en tiempo real, se aprovechan las venta-jas que ofrece la red de computadoras de los sistemas de comunicación y de tele-operación. Además, el desarrollo de estas nuevas herramientas permite la posibilidad de usar estos equipos para la enseñanza y la investigación en los campos de la tele-robótica, tele-operación y tele-presencia.

Las áreas de aplicación de estos campos de la ingenie-ría son muy diversos, entre los cuales podemos mencio-nar las espaciales, donde diferentes satélites o estaciones

son tele-operadas o tele-controladas desde los centros

de mando; la exploración submarina, y en particular, la

Tele-programación, Tele-control y Tele-operación

Robots controlados a través de Internet

Jesús de León Morales

Centro de Innovación, Investigación y

Desarrollo en Ingeniería y Tecnología

Universidad Autónoma de Nuevo León

[email protected]

Técnicas de equilibrioen robots bípedos

La habilidad de los seres humanos para caminar es algo que aprendemos desde la infancia y se nos queda de manera permanente. El resto de nuestra

vida es un proceso que realizamos de manera inconsciente y paralela con otras actividades. En este artículo se abor-dan las técnicas de equilibrio que son implementadas en robots bípedos.

Esta parte en el diseño de un robot bípedo es muy compleja, ya que el robot no es un ser humano que apren-de la actividad y la retiene; por el contrario, tiene que eje-cutar el proceso como si fuera la primera vez. Si en un momento dado el robot no tiene la información de lo que tiene que hacer, esto propiciará inevitablemente una caída. En este artículo se exponen algunas técnicas de equilibrio de robots bípedos.

INTRODUCCIÓN

Uno de los principales problemas en el proceso de la mar-cha humana ocurre cuando uno de los pies está volando, mientras el otro está en contacto con el suelo. Si bajo el pie de apoyo el suelo presenta una imperfección, la siguiente fase del proceso de la marcha puede presentar problemas y conducir a una caída. La razón, es que seguramente los pares mecánicos para los actuadores de las piernas ya es-tán calculados y asignados, sin tomar en cuenta la im-perfección en la superficie de contacto.

En la figura 1 se muestra un esquema de la situación que se aborda. De manera simple, se podría decir que

si en un momento dado la

proyección del centro de

gravedad del robot sale

del área delimitada por los

pies, habría una pérdida de

equilibrio. Existe una técni-ca muy eficaz, ampliamente explicada en el trabajo de M. Vukobratovic y B. Borolav, investigadores inventores de la técnica que lleva el nombre de punto de momento cero o ZMP (del inglés “zero moment point”) [1,2], que es la que actualmente se aplica en la mayoría de los robots bípedos hasta ahora construidos.

Lo sorprendente es que nosotros, los seres humanos, nos regimos por esta técnica, pero de manera incons-ciente (la aplicamos desde el momento en que aprende-mos a caminar). Dicha técnica consiste en encontrar un punto en la superficie de contacto del pie con el suelo,

en el cual no exista un momento que nos haga volcarnos hacia el frente, hacia atrás o hacia alguno de los lados. Por eso precisamente se llama punto de momento cero.

En el proceso de nuestra marcha estamos en la búsque-da constante de ese punto para mantener el equilibrio. Afortunadamente, nuestro cerebro hace esos complejos

cálculos de manera transparente, y ordena a cada uno

de los músculos de las piernas actuar de cierta forma e

intensidad, con el fin de no perder el balance. Existen dos tipos de marcha: marcha estáticamente es-

table y marcha dinámicamente estable. En el primer caso hay garantía de equilibrio, puesto que el robot siempre se asegura de que la proyección de su centro de gravedad caiga dentro del área de la superficie de contacto del pie con el suelo. El segundo caso concierne a un proceso de marcha, donde el equilibrio se garantiza, siempre y cuando se mantenga el ciclo de la marcha de manera completa y regular.

El ciclo de la marcha comprende el apoyo simple y el doble apoyo. La mar-

cha humana es en realidad la marcha

dinámicamente estable. La diferencia en-tre las dos marchas se puede explicar de la siguiente forma: En la marcha estática-mente estable, el proceso puede ser “con-gelado” en cualquier momento, y el robot conservará el equilibrio, dado que el centro de gravedad está proyectado justo debajo del pie de contacto. Contrariamente, en la marcha dinámicamente estable, al momen-to de ser “congelado” el proceso, el robot perdería el equilibrio. Al primer tipo de marcha también se le conoce como transferencia de carga. En la figura 2 se muestra un robot bípedo de talla humana diseñado para pruebas de laboratorio en trayectorias de marcha y técnicas de equilibrio.

POLÍGONO DE SUSTENTACIÓN

O ENVOLVENTE CONVEXA

El polígono de sustentación o envolvente convexa se com-pone uniendo las figuras geométricas de los pies o la figu-ra geométrica del pie mismo. En la figura 3 se muestra el polígono de sustentación para el caso de simple apoyo para dos formas de pie: la de un robot y la de un huma-no.

Doctor J. Antonio Rojas Estrada

Instituto Tecnológico de Nuevo LeónPosgrado en Ingeniería Mecatró[email protected]

Figura 1. El caso (a) muestra pérdida del

equilibrio. Caso (b) equilibrio mantenido.

Figura 2. Robot bípedo [3]

Figura 3. Polígono de sustentación para apoyo simple

J. Antonio Rojas Estrada

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TELE-PRESENCIA

ORGANIZACIÓN

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INTRODUCCIÓN

[email protected]

INTRODUCCIÓN

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do con su nivel de autonomía. En la mayor parte de las

aplicaciones actuales los UAVs son teleoperados, como

los llamados drones, que no son parecidos a aeronaves

radiocontroladas, aunque los misiles de crucero pueden operar de forma autónoma, con base en la información del terreno, así como en la información obtenida de otras fuentes, como el sistema global de posicionamiento (GPS, por sus siglas en inglés).

Una ventaja evidente de los UAVs (tanto teleoperados como autónomos) es que no tienen las limitaciones resul-tantes de la capacidad física del piloto.

Las áreas de investigación comprenden el desarrollo de los sistemas de control de vuelo, concepción de sistemas de navegación y el diseño aerodinámico de aeronaves.

DESARROLLO DE CONTROLADORES

PARA VEHÍCULOS NO TRIPULADOS

Un área de primordial interés cuando consideramos ve-hículos no tripulados es el control de navegación. El resul-tado de un control ineficiente de trayectoria puede tener resultados catastróficos, principalmente cuando el vehícu-lo 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; además, el sistema de control debe actualizarse a una fre-cuencia elevada.

Actualmente, el Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología (CIIDIT), de la Uni-versidad Autónoma de Nuevo León, cuenta con varios prototipos de vehículos no tripulados, en los cuales se implementarán algoritmos de control de navegación. En-tre los prototipos se encuentran helicópteros y dirigibles a escala.

Estos prototipos deben desempeñar ciertas funciones, a fin de cumplir sus tareas exitosamente. Estas funciones son: navegación, estabilidad y control del vehículo, sen-sado remoto, comunicaciones robustas. De éstas, el con-trol de navegación y la estabilidad son esenciales para el control de vuelo del sistema UAVs. Implícitas en estas dos funciones están el control de los accionadores y las leyes de control.

El equipo de trabajo del laboratorio de mecatrónica

del CIIDIT actualmente desarrolla leyes de control no

lineales para controlar las funciones requeridas de los

drones existentes. Estas leyes están basadas principal-mente 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 he-licópteros.

Los modelos obtenidos están basados en expresiones lagrangianas para la energía del sistema. Mediante la uti-lización de estos modelos, se pretende diseñar estrategias de control para seguimiento de trayectorias y algún tipo de estabilización robusta para compensar posibles inexacti-tudes del modelo. Dichos algoritmos serán validados en pruebas experimentales sobre los prototipos existentes.

CONCLUSIÓN

Se presentaron las principales características de los ve-hículos no tripulados más representativos, así como los desafíos científicos más importantes para desarrollar ple-namente esta tecnología.

Como se menciona, las ventajas ofrecidas por los ve-hículos no tripulados son muy importantes, y en el futuro ciertas actividades dependerán del desarrollo tecnológico en esta área. La comunidad científica ha hecho grandes esfuerzos para mejorar el des-empeño de los vehículos no tripulados, pero aún queda mucho trabajo teórico para dotar a los vehículos de una autonomía total.

[1] A. L. Meyrowitz, D. R. Blidberg, y R. C. Michelson. “Autonomous Vehicles”. Proceedings of the IEEE, Vol.84, No. 8, Agosto de 1996.

[2] K. P. Valavis, D. Gracanin, M. Matijasevic, R. Kolluru, y G. A. Demetrius. “Control Architecture for autonomous underwater vehicles”. IEEE Control Systems, Diciembre 1997.

[3] B. Ludington, E. Johnson, and G. Vachtsevanos. “Augmenting UAV autonomy” IEEE Robotics and Automation Magazine, Septiembre de 2006.

REFERENCIAS

donde es la matriz de inercia; es la matriz de fuerzas centrífugas y de Coriolis; es el vector de gravedad; es el vector de fuerzas de los actuadotes, y representa el vector de fuerzas de contacto.

Específicamente, C(q) es la matriz Jacobiana del con-junto de restricciones normales y tangenciales

donde k representa la k-ésima restricción nor-mal y tangencial respectivamente y el vector de los

M.C. Francisco Gerardo

Benavides BravoPosgrado en

Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico

de Nuevo León

En el caso de doble apoyo, se unen las formas geomé-tricas y se construye una envolvente convexa entre ambas. La figura 4 muestra este caso.

Figura 4. Polígono de sustentación para

doble apoyo

El concepto de envolvente convexa se puede ilustrar de la siguiente manera: considerar los puntos que están den-tro de la figura geométrica resultante como un conjunto. Si

ahora se toman dos puntos cualesquiera que pertenecen

a este conjunto y se unen mediante una recta, los puntos

que forman la recta no deben salir del conjunto para que

se considere una envolvente convexa. Si un punto de la recta formada sale del conjunto definido, entonces no será una envolvente convexa.

ZMP EN LA MARCHA DINÁMICAMENTE ESTABLE

Como ya se explicó, la marcha dinámicamente estable es la que realizamos los seres humanos, pero nos tendríamos que plantear la siguiente pregunta: ¿por qué perdemos el equilibrio durante una marcha? La respuesta es: “simple y sencillamente porque el punto de momento cero de nues-tra marcha sale del polígono de sustentación”. Podemos decir que la posición del punto de momento cero es un indicativo del equilibrio en una marcha. Cuando el ZMP se acerca a los límites de la envolvente convexa, habrá riesgo de una caída.

El cálculo del ZMP es complejo y tiene que ser verifi-

cado cada instante, porque depende de la postura. Estos

cálculos los realiza el cerebro en el ser humano y un

procesador en un robot bípedo. Dichos cálculos se hacen en conjunto con los necesarios para el resto del cuerpo humano y de la estructura del robot en el caso del bípedo. En la figura 5, se presenta un esquema del pie, donde se muestra el punto de momento cero.

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

En este caso, se trata del punto C, cuyas coordenadas en el plano XZ son . Éstas pueden ser calcula-das de dos formas: primero, mediante el cálculo de las co-ordenadas usando las posiciones y velocidades del centro de masa relacionado por las ecuaciones:

Otra manera de cálculo es la derivación de las coorde-nadas del ZMP en el polígono de sustentación de los pies a partir de las fuerzas de contacto.

En cada punto Pi hay una fuerza Ni normal, que tiene

por coordenadas respectivamente, y que se muestra en la figura 5. Se pueden relacionar como:

de donde se pueden escribir las ecuaciones para obtener las coordenadas del ZMP a partir de las fuerzas de con-tacto como

que corresponden con las ecuaciones (1) y (2).

DINÁMICA DEL ROBOT BÍPEDO

El modelo dinámico con restricciones, del robot bípedo, puede ser expresado como un conjunto de ecuaciones de Euler-Lagrange, considerando que los cuerpos articula-dos son rígidos. El modelo del robot ha sido ampliamente abordado en [4] y [5], el cual es:

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fibra óptica, un cable o radiofrecuencia. En este caso, to-

das las decisiones son tomadas por el operador basado

en la retroalimentación de los sensores del aparato. Un ejemplo de UGVs teleoperado es un carro de juguete a control remoto.

En contraste, los vehículos terrestres autónomos no dependen de un operador, y para esto deben tener la ha-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.

Además, deben tener capacidad de adaptación a las condiciones cambiantes que los rodean, para lo cual han de utilizar la información recolectada por sus sensores, y ajustar sus planes de navegación. Todo lo anterior implica la limitante de hacerlo en tiempo real.

ÁREAS DE INVESTIGACIÓN

Las actuales áreas de investigación para este tipo de ve-hículos incluyen: control de robots, desarrollo de sen-sores, cálculo de trayectorias y movilidad mecánica. Un área de investigación que ha sido ampliamente estudiada es la locomoción a patas, dado que este tipo de movimien-to presenta claras ventajas cuando el medio en el que se desplaza el vehículo es difícil.

La aplicación de tal tipo de vehículos es extensa, y se

incluye la desactivación de artefactos explosivos o la re-colección de muestras en ambientes extremadamente hos-tiles.

VEHÍCULOS SUBMARINOS NO TRIPULADOS

Los vehículos submarinos no tripulados (UUVs, por sus si-glas en inglés) incluyen vehículos operados remotamente y vehículos submarinos autónomos. Los UUVs en general pueden ser utilizados en exploración en mar ultrapro-fundo o cuando el destino submarino es incierto, o bien cuando las condiciones del mar hacen peligrar una misión tripulada.

De la misma manera que en los vehículos terrestres, en los vehículos submarinos no tripulados se hace la distinción entre los vehículos remotamente operados y los vehículos autónomos. Los vehículos remotamente

operados trabajan conectados a un barco de soporte

mediante un cable umbilical que transmite las se-

ñales de control y la energía necesaria para la ope-

ración del vehículo, y obtiene a su vez las imágenes y otros datos de los sensores.

Es importante hacer notar que los vehículos sub-marinos teleoperados son controlados continuamente, y para esto es necesario tener un lazo de comunicación confiable. El cable umbilical restringe las operaciones a una distancia próxima al barco soporte y en ocasio-nes causa enredos entre el vehículo y el cable. Para minimizar este tipo de problemas, se remueve el lazo entre la nave y el vehículo, eliminando las restricciones de maniobrabilidad y profundidad.

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 dis-tinción es importante por las leyes de control que de-ben ser utilizadas para dirigir el vehículo. En un medio submarino, las comunicaciones pueden llegar a sus-penderse, por lo que en ocasiones los vehículos uti-

lizados deben tener un amplio grado de autonomía

(vehículos submarinos autónomos, UAV, por sus si-

glas en inglés), y la toma de decisiones debe darse

mediante algún sistema de control embarcado. Los vehículos submarinos autónomos se emplean princi-palmente para la exploración profunda y el monitoreo ambiental.

Las áreas de investigación actuales para los vehícu-los submarinos no tripulados incluyen: el desarrollo de sistemas de potencia ultra-eficientes, la síntesis de controladores basados en modelos más eficientes y la concepción de nuevos sistemas de comunicación.

VEHICULOS AÉREOS NO TRIPULADOS

Un vehículo aéreo no tripulado (UAV, por sus siglas en inglés) es una aeronave sin piloto. Estos vehículos pueden ser controlados a control remoto o bien seguir 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 o bombardeo de precisión), en el medio civil también resultan de utilidad para inspección forestal, vigilan-cia de tráfico o supervisión de líneas de transmisión o gasoductos. Estas aeronaves pueden ser aviones de ala fija, dirigibles o helicópteros.

En general, como en los casos de los vehículos no tripulados terrestres y submarinos, los vehículos aére-os no tripulados se dividen en categorías, de acuer-

multiplicadores de Lagrange asocia- d o s ; representa el vector de coordenadas generalizadas.

TÉCNICA DE LA RAZÓN TOTAL DE CAMBIO

DEL MOMENTO ANGULAR

La razón total de cambio del momento angular e s 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:

donde Gi es la posición del centro de gravedad del i-ésimo eslabón y PG

i es el vector formado entre P y Gi; mi es la masa del i- ésimo eslabón; R

i es la matriz de orientación del marco del i- ésimo eslabón; I

i y i son la marco del i- ésimo eslabón respectivamente. P, donde (x

P, yP, zP) son sus coordenadas, es el punto donde la cantidad es calculada.

Entonces, el punto C, figura 6, con las coordenadas (

x, 0, z), representa el ZMP en función de la razón total de cambio del momento angular

P, por lo que se pueden relacionar el punto de momento cero y las componentes del vector de la razón total de cambio del momento angu-l a r

P y se expresan como:

Un estudio completo se ha hecho en [6] y [8].

Como resultado, el equilibrio se mantiene cuando

hay condiciones irregulares en el suelo. La ley de con-trol para el cálculo de los pares de la estructura del robot bípedo no es abordada en este trabajo.

Figura 6. Puntos claves en el cálculo del ZMP.

Finalmente, el vector compuesto de los pares para el tobillo en apoyo se expresa en la ecuación 11, y la figura 7 muestra dónde actúan.

Figura 7. Los pares de los tobillos son aplicados a

cada pierna.

CONCLUSIONES

En este trabajo se han presentado las técnicas para el cálculo del punto de momento cero y su relación con la razón total de cambio del momento angular. Dichas cantidades físicas han demostra-do ser útiles en la ejecución de trayec-torias en tres dimensiones de algunos robots bípedos. Se abordó la similitud

entre estas cantidades y los utilizadas

en la marcha humana. Se mostró sólo

la parte que tiene relación directa con

el punto de momento cero y los pares

de la estructura que son los de los to-

billos. El resto de los pares y la ley de control para ellos no se abordó.

REFERENCIAS[1] A. Goswami. Postural stability of biped robots and foot-rotation indicator (FRI) point, Int. J. of Robotics Research, 18(6):523-533, 1999.[2] Sardain, P. and Bessonnet, G., “Forces Acting on a Biped Robot. Center of pressure-Zero Moment Point”, Paper accepted for publication in the IEEE Transaction on System, Man & Cybernetics, Part A, 2004.[3] J.A. Rojas. Reporte final de la estancia de investigación en el LMS de la Université de Poitiers. Poitiers, Francia. Under Grant No 03/RPC-R-026. 2004.[4] P.B. Wieber, “On the Stability of Walking Systems”, Proc. of the Int. Workshop on Humanoid and Human Friendly Robotics, Tsukuba, Japan, 2002, pp.53-59.[5] P.B. Wieber. “Constrained dynamics and parametrized control in biped walking”. In Proc. of the 2000 Int. Conf. on mathematical Theory of Networks and Systems.[6] Mitobe, K., Capi, G., Nasu, Y., “A new control method for walking robots based on angular momentum”, Mechatronics 14, pp., 163-174, 2004.[7] Kajita, S., Yokoi, K., Saigo, M. and Tanie, K., “Balancing a humanoid robot using back drive concerned torque control and direct angular momentum feedback”, Proc. of the 2001 IEEE ICRA, pp. 3376-3382.[8] Sano, A. and Furusho, J. “Realization of natural dynamic walking using the angular momentum information”, Proc. of the 1990 IEEE ICRA, pp. 1476-1481.

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CONCLUSIÓN

REFERENCIAS

de Nuevo León

doble apoyo

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DEL MOMENTO ANGULAR

P) como:

cada pierna.

CONCLUSIONES

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El cáncer de próstata es una de las enfermedades más comunes entre los hombres, y afecta aproxi-madamente a uno de cada seis individuos. Afortu-

nadamente, este tipo de cáncer es curable, siempre y cuan-do se ataque de manera oportuna. Uno de los métodos de cura consiste en la remoción quirúrgica de la próstata. Desgraciadamente, ésta se encuentra rodeada de nervios vitales y músculos que apoyan la función sexual y el con-trol urinario.

Así pues, los hombres y sus parejas se enfrentan a

un dilema: curar el cáncer, pero con el riesgo de llevar

una posterior vida de lamentaciones, por la imposibili-

dad de erecciones o por la pérdida de control sobre el

flujo urinario. Se trata de una elección nada envidiable Para agravar los problemas, la cirugía muchas veces se hace mediante una incisión que parte del ombligo y va hasta el hueso púbico. El cirujano batalla para lograr una

buena vista de la próstata y de los importantes tejidos

que la rodean.

OPERACIÓN DE SENSIBILIDAD

En lo personal, recuerdo haber intentado, cuando era estu-

diante de medicina, obtener una mejor vista de la interven-ción, pero el cirujano me llamó la atención por inclinarme demasiado sobre el paciente:

“Si te sigues inclinando así –me dijo-, vas a caer sobre la incisión del paciente. Ésta es una operación de sensibi-lidad. Tienes que aprender a utilizar tus manos, a fin de que sientas la diferencia entre la próstata y el tumor. No te molestes en tratar de verlo”. “¡Caramba!”, pensé yo. “Da miedo pensar que no puede uno ver lo que está cortando”. En la cirugía abierta tradicional, no era raro dar sangre a los pacientes en el curso de la operación. Y casi no tenía importancia si no podía uno ver claramente la próstata, porque era tanta la sangre, que en ocasiones tenía uno

que operar guiado sólo por el tacto.

CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA

Al principio de la década de 1990, la cirugía laparoscópica se estaba convirtiendo en el procedimiento usual para muchos tipos de cirugía general. El uso de la cirugía lapa-roscópica para extirpar la vesícula biliar era un ejemplo perfecto. Los pacientes podían abandonar el hospital el mismo día o, si acaso, después de haber pasado ahí una

La revolución robóticaNaveen Kella

Doctor Naveen KellaRenombrado 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.

[email protected]

Existen varios tipos de vehículos no tripulados, los cua-les pueden operar con varios niveles de autonomía. Este artículo aborda una revisión de los tipos de

vehículos no tripulados más comunes, sean terrestres, aéreos o submarinos. Además, se presenta una propuesta para sintetizar controladores para vehículos no tripula-dos basados en modelos.

INTRODUCCIÓN

Los vehículos no tripulados (UVs, por sus siglas en inglés) son un importante paso evolutivo para incrementar la

seguridad en un amplio rango de aplicaciones, que van

de la observación pasiva a la interacción con el medio

en el cual se desplazan.

Para lograr este objetivo, dichos vehículos deben ope-rar con cierto grado de autonomía. Esta autonomía puede ir de los vehículos remotamente operados (ROVs, por sus siglas en inglés) a los vehículos completamente autóno-mos (AVs, por sus siglas en inglés). Los vehículos remo-

Terrestres, submarinos y aéreos

Vehículos no tripulados

Doctor Marco Tulio Mata JiménezProfesor en el Doctorado de Ingeniería EléctricaFIME / UANL [email protected]

Marco Tulio Mata Jiménez

tamente operados utilizan técnicas desarrolladas para la tele-robótica y la tele-presencia, para navegación y control supervisadas por un operador, mientras que en los vehícu-los autónomos no hay operadores humanos, y necesitan incorporar en sus sistemas cierta “inteligencia”, así como un sistema de control autónomo sin supervisión humana. Los UVs (remotamente operados o autónomos) eliminan la necesidad de la presencia humana, por lo que resultan ideales para trabajos en sitios peligrosos o inseguros.

Los vehículos no tripulados están siendo desarro-

llados para aplicaciones submarinas, terrestres y aéreas. Este artículo trata una revisión de estas tres áreas de ve-hículos.

VEHÍCULOS TERRESTRES NO TRIPULADOS

Los vehículos terrestres no tripulados (UGVs, por sus si-glas en inglés) son plataformas móviles (con ruedas o con patas), que son empleadas para extender las capacidades de los humanos, y operar en medios potencialmente hos-tiles. Existen dos clases generales de vehículos terrestres no tripulados: los tele-operados, que son controlados por operadores humanos, y los autónomos, cuyas decisiones de control son tomadas de manera automática, sin inter-vención de un operador.

Los vehículos tele-operados son controlados por el operador vía un lazo de comunicación, el cual puede ser

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noche. Con pequeñas punciones en lugar de una grande incisión, se reducían tanto el dolor como el tiempo de re-cuperación. Asimismo, se reducía el sangrado, dado que el aire bombeado en el vientre ayudaba a reducir la posibi-lidad de que los vasos sanguíneos rezumaran en el curso de la operación.

Esta transformación tan radical condujo a otras espe-cialidades quirúrgicas a buscar la forma de beneficiarse con esta nueva tecnología laparoscópica. En urología, los

cirujanos pensaron que esto podría ser de gran utili-

dad 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 cam-po 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 prime-ros planos en los Estados Unidos, gracias a urólogos de Francia y de Alemania, que mostraron su destreza con el mismo.

PROCEDIMIENTO DIFÍCIL

Sin embargo, una pronunciada curva en el aprendizaje hizo que la buena ejecución de este procedimiento resultara ex-tremadamente difícil, y el número de cirujanos dispuestos a realizar esta operación no se daban abasto para atender todos los casos. Los cirujanos tuvieron que acostumbrarse a operar con largos “palillos chinos”, a fin de penetrar pro-fundamente en el cuerpo. Esto tenían que hacerlo mien-tras miraban una pantalla de televisión, que eliminaba el beneficio de la percepción profunda. A final de cuentas, la operación era físicamente extenuante y prolongada, lo que daba lugar a fatiga física durante la intervención.

Por coincidencia, el inicio del siglo XXI se hizo acom-

pañar por la cirugía robótica. Manufacturada por Intui-

tive Surgical, en Sunnyvale, CA, la tecnología robótica

fue adoptada de sus usos militares para usos civiles. Aprobados por el gobierno para cirugía del corazón, los robots permitieron a los cirujanos realizar operaciones del corazón sin necesidad de incisiones. Los urólogos se dieron cuenta muy pronto de que los robots también po-drían ser utilizados para cirugías de cáncer de próstata.

APROBADOS LOS ROBOTS

La aprobación del Gobierno de los Estados Unidos al uso de robots ocurrió en 2001, y el resto ya es historia. Hoy en día, los robots realizan aproximadamente el 50 por ciento de las operaciones de extirpación de próstata en los Esta-dos Unidos. Las ventajas de las cirugías laparoscópicas –pequeñas incisiones y menos sangrado- recibieron el bene-ficio adicional de los instrumentos robóticos, que son del tamaño de un lápiz pequeño, y se mueven como la mano humana. Adicionalmente, los movimientos son más puntu-ales y precisos gracias a la eliminación, por computadora,

del temblor, y al uso de sofisticadas cámaras que permiten una visión tridimen-sional. 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 constan-tes, 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 comple-to 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 delica-damente entrelazados con los tejidos prostáticos. Una vez que la próstata es extraída, la vejiga y los músculos de la uretra tienen que ser reconectados.

Tanto la preservación de los nervios como la reconexión de la vejiga requie-ren mucha práctica, incluso con el robot. Muchos estudios indican que el nivel de experiencia del cirujano, con o sin robot, es el factor más importante para la exitosa recuperación del paciente. Se necesitan cientos de casos antes de que

un cirujano pueda ofrecer de verdad a sus pacientes, una operación contra el

cáncer que preserve los nervios y maximice la conservación, con consisten-

cia, del tejido del músculo uretral.

PODEROSA HERRAMIENTA

Para mí, el robot es como una herramienta poderosa de un carpintero. Con esa herramienta se pueden lograr cosas maravillosas, siempre y cuando el carpin-tero tenga toda la experiencia posible. Hacia esta mitad del año 2008, he aten-dido aproximadamente mil casos, y he hecho de este programa el más intenso del sur de Texas, y uno de los diez más grandes en todo el mundo.

Hasta la fecha, me he encontrado con que el 95 por ciento de los pacientes se van a su casa en los primeros dos días. Menos del uno por ciento de los pacientes necesitan sangre o una reoperación mientras están en el hospital. La mayor parte de los pacientes vuelven a su trabajo de escritorio en un par de semanas. Por lo que respecta a la actividad física, ésta se debe reasumir de manera gradual. Y procuro decirles a los pacientes que esperen seis semanas antes de reanudar actividades físicas intensas. Nuestro porcentaje de control de cáncer va a la par con el de los mejores cirujanos del mundo. Aproximadamente el 90 por ciento

de los pacientes quedan libres de cáncer después de la operación. La mayor parte de los pacientes logran la continencia en las primeras seis semanas. Esto significa que no llevan almohadillas para el goteo o alguna toalla como precau-ción. Con la cirugía abierta, decíamos a los pacientes que no esperaran una erec-ción en aproximadamente un año; sin embargo, ahora esperamos un “despertar” en unas cuantas semanas, y una recuperación suficiente para tener intercurso sexual en un lapso de tres a seis meses para la mayor parte de los pacientes.

La extracción de la próstata sigue siendo la regla de oro para los casos de cáncer prostático. ¡La única diferencia es que ahora podemos mejorar la opera-ción y sus resultados con el uso de un robot!

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 oca-sionar 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 varia-ciones 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.

Rejas y otros dispositivos de seguridad protegen a los operadores de un robot en movimiento – logrando así pre-venir accidentes.

LA IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA ROBOTIZADO

Para implementar un sistema automático, la empresa manufacturera debe seguir los siguientes pasos: 1. Definir claramente el alcance del proyecto. ¿Qué debe de hacer la estación? ¿Cuántas piezas diferentes debe fa-bricar? ¿Hay un solo modelo que se va a producir o son varios? ¿Cuáles son las dimensiones y variaciones de las piezas? ¿Qué precisión se requiere en el ensamble final? ¿Cuál es el ritmo de producción? ¿Cómo viene la materia prima y cómo se deben de entregar las piezas que ya están procesadas? ¿Existen restricciones de espacio, condicio-nes de operación, restricciones de manejo? etcétera. 2. Desarrollar un plan de implementación. Identificar qué puede hacer que falle el plan.3. Analizar cuánto se puede gastar. (Es igual a la suma de las utilidades o beneficio económico multiplicado por el número de piezas que se fabricarán en un año por el número de años de recuperación que permite la empresa (normalmente 1.5 a 2 años). 4. Generar alternativas de diseño de la celda. No olvidar

mantenerlo simple y con un mínimo número de opera-ciones. 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 desti-nada. Ya instalado el sistema se vuelve a probar para verificar que pueda operar en forma continua y sin pie-zas durante 20 horas. Enseguida se realiza una prueba que confirma que el sistema repite y opera adecuada-mente. 7. Capacitar al personal de mantenimiento y ope-

ración.

¿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 re-solver y/o no comunicar las necesidades correctamente al proveedor. • No prestar atención a las tolerancias y variaciones de la materia prima y del ensamble. • No posicionar, alinear y sujetar las piezas adecuada-mente. • No hacer una análisis de fallas.

CONCLUSIÓN

Los robots industriales son una herramienta que per-mite que una empresa aumente su productividad y efi-ciencia. Han alcanzado un alto grado de madurez lo cual permite que sea fácil integrarlos en un gran rango de operaciones. Sin embargo, dependen de que la ma-teria prima sea uniforme y esté bien posicionada.

Alimentar, posicionar y alinear la materia prima puede incrementar el costo del sistema hasta en un 300 por ciento. Para contrarrestar esto se están desa-

rrollando sistemas de visión y sensores inteligentes

que pueden ayudar al robot a encontrar las piezas

fácilmente sin importar la posición de la pieza.

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que la rodean.

[email protected]

INTRODUCCIÓN

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ración.

CONCLUSIÓN

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Ya existe esperanza de que las personas víctimas de lesiones nerviosas o de lesiones de las extremi-dades puedan algún día recuperar –por lo menos

parcialmente- el movimiento, con el simple expediente de dar órdenes mentales a robots, a sillas de ruedas, a las prótesis e incluso a brazos y piernas paralizados.

El camino para este fin es largo todavía, pero es mucho lo que se ha logrado, gracias a los estudios realizados, a partir del año dos mil, por un equipo de científicos enca-

bezados por Miguel A. Nicolelis y John K. Chapin, de la

Universidad de Duke, Estados Unidos.

Control mental de robots

La gente con lesiones nerviosas o de las extremidades tendrá algún día la capacidad de dar órdenes a las sillas de ruedas, a las prótesis, e incluso a brazos y piernas paralizados, con sólo pensar, por medio de ellos, en el movimiento

Traducción y síntesis de Félix Ramos Gamiño

De tales estudios dan dichos científicos cuenta deta-llada 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 men-te”.

Elemento fundamental de sus estudios y experimen-tos fue Belle, pequeño mono búho, (mono nocturno se le llama en nuestro idioma). Los investigadores habían sen-tado 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 horizonta-les, desplegadas en un tablero –escriben-, su mano dere-cha sostenía una palanca de mando. Belle sabía que si de repente brillaba una luz, y ella movía la palanca a la dere-cha 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 es-pecial pegada a su cabeza. Bajo ella había cuatro conecto-res 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 eléctri-

ca –una ‘acción potencial’- el microcable adyacente atra-

paba la corriente y la enviaba, a través de un pequeño

haz de cables de la gorra de Belle, a una caja de disposi-

tivos electrónicos, colocada sobre una mesa pegada a la

cabina. La caja, a su vez, estaba conectada a dos computa-doras, 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, reu-nidos 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 ca-

paces de dirigir el accionar de un robot. Esa tarde pri-maveral 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 com-putadora de laboratorio convertiría el modelo electrónico

En diciembre de 1992 se firmó el Tratado de Libre Co-mercio entre México, Estados Unidos y Canadá, en el que se acordó eliminar aranceles y permitir la libre

importación y exportación de bienes entre los tres países. Esto abrió las puertas a la globalización y a nuevos retos, lo que pone a México en la situación de: o COMPETIR o MORIR.

Las tecnologías de robótica y automatización indus-trial han permitido que diversas empresas mexicanas se mantengan competitivas, mediante la fabricación de pro-ductos de forma eficiente y con alta calidad.

Doctor Sergio William Sedas GerseyProfesor / ITESM [email protected]

Sergio William Sedas Gersey

Compite o muereRobótica Industrial

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, nue-vos 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 pue-den adaptar rápidamente a cambios en el producto y en la forma de producir.

Un robot es una máquina capaz de portar una herra-mienta y desplazarla a través de una trayectoria definida. Es preciso y obedece fielmente a su programación. Se uti-liza 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 soldadura.

Su forma y construcción cambian según la trayectoria que se requiere. Por ejemplo – un robot lineal o cartesiano únicamente es capaz de desplazarse en forma horizontal y vertical. En contraste, un robot articulado, que aseme-

ja los movimientos de un brazo humano, es capaz de

desplazarse a cualquier posición y orientación limitado

únicamente por el alcance dado por sus dimensiones

físicas.

La herramienta que se coloca en el extremo de un robot define la operación que llevará a cabo. Por ejemplo, una pistola de soldadura electrica le permite unir componen-tes metálicos. Tal es el caso del ensamble de la carrocería de un automóvil. Acondicionado con “dedos” o “gripper”, el robot es capaz de tomar piezas y desplazarlas de un lugar a otro. Esto es utilizado comúnmete para alimentar diferentes máquinas en el proceso.

Por último, si el robot se acondiciona con herramien-tas de corte como lo son corte con laser, corte con agua y corte con plasma se puede utilizar para cortar formas complejas en metal, plásticos, cerámicas y otros materia-les.

Se estima que hay aproximada-

mente un millón de robots instalados

en el mundo. Esto contrasta con el cre-ciente número de robots de servicio y entretenimiento que en la actualidad re-basa los tres millones de unidades.

LA COMPOSICIÓN DE UNA CELDA

A pesar de ser una máquina pre-cisa que puede seguir fielmente una trayectoria, el robot es ciego, sordo, mudo y de inteligencia limitada. Su precisión alcanza los 0.1 milímetros, sin embargo, únicamente es capaz de seguir las instrucciones y trayecto-rias que se le han programado. Esto

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en instrucciones para dirigir el brazo del robot. A una distancia superior a 900 kilómetros, en Cambridge, Mas-sachussets, otra computadora produciría las mismas ac-ciones 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 bra-

zos 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 neu-ronal 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 lle-garía a controlar un aparato mecánico o extremidades verdaderas, en forma tal que resultara útil para personas discapacitadas.

Finalmente, el momento esperado llegó. Los investi-gadores encendieron luces enfrente de Belle, y ésta em-pezó 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

verdadero de Belle. y lo mismo hacía –se supo así- el de

Srinivasan. “Belle y los robots se movían de manera sin-cronizada, como danzantes que seguían una coreografía gracias a los impulsos eléctricos que brotaban del cerebro de la primera.

En medio de la jubilosa celebración simultánea en Dur-ham Durham, N. C., y Cambridge, los investigadores empe-zaron a acariciar la idea de que esto era sólo el principio de una jornada promisoria para beneficio del ser humano.

Han transcurrido ocho años desde ese día, y tanto en los laboratorios de Duke, como en otros a lo largo y ancho de la Unión Americana, diferentes grupos de científicos han logrado importantes avances en la neurociencia, la ciencia computacional, la microelectrónica y la robótica, en su propósito de crear formas de que las ratas, los monos, y, -algún día que esperan no muy lejano- los seres hu-

manos 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 es-pina 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 paci-ente, con la ayuda de una comunicación inalámbrica entre los implantes en el cerebro y la extremidad dañada, a re-cuperar 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”.

DIFÍCIL RETO

Aunque los investigadores abrigan esta esperanza, están conscientes de que el reto sigue siendo muy difícil, pues ignoran si serán capaces de producir un sistema práctico y confiable. La medicina no dispone –hasta la fecha- de medios por los cuales pueda reparar fracturas de la columna vertebral o lesiones cerebrales. Empero, así lo estiman los investigadores, “es probable que, en un futuro lejano, los neurocientíficos puedan lograr la regeneración de neuronas dañadas, o programar células madre para que tomen su lugar.

NEUROPRÓTESIS

“Sin embargo, en el futuro cercano, la opción más viable para la restaura-

ción de la función motora la constituyen las interconexiones cerebro-má-

quinas o las neuroprótesis. Éxitos logrados en el año 2002, con macacos que realizaron actividades diferentes a las que Nicolelis y Chapín lograron con Belle, “nos han llevado todavía más cerca de alcanzar esta meta”.

Es necesario aclarar, y así lo reconocen los investigadores, que los avances logrados en fechas recientes en las interconexiones cerebro-máquinas, tienen antecedentes, por lo menos parciales, en descubrimientos hechos hace unos 20 años, cuando Apostolos P. Georgopoulos, de la Universidad Johns Hop-kins, registró la actividad eléctrica de neuronas del nervio cortical en ma-cacos. “Se dio cuenta de que las células nerviosas reaccionaban de manera más intensa cuando un mono movía su mano en una dirección determinada. Sin embargo, cuando el brazo se movía en un ángulo diferente al preferido por la célula, no cesaba la actividad neuronal; disminuía de manera propor-cional al coseno de dicho ángulo. El descubrimiento mostró que las neuronas motoras están en amplia sintonía con determinado rango de movimiento, y que lo más probable era que el cerebro dependiera de la actividad colectiva de poblaciones dispersas de neuronas individuales para generar una orden motora”.

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

Americana y en Europa. Los resultados son alentadores, y tal vez algún día puedan tener aplicación práctica para ser de beneficio para personas –como ahora se les llama- con capacidades diferentes.

Pese a ello, son cautos, “para no ofrecer falsas esperanzas a la gente que padece discapacidades graves. Todavía debemos superar muchos obstáculos antes de que las IBM se puedan considerar opciones terapéuticas seguras, confiables y eficientes. Debemos demostrar en acciones clínicas, que una IBM puede ofrecer mucho bienestar sin riesgo de daño neurológico adicional.

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 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 eficien-tes 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 labora-torios de robótica de universidades e institutos de inves-tigación. La mayoría de ellos son prototipos no comercia-les, 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 en-tidades serán indispensables para la correcta operación de los llamados sistemas ubicuos, sistemas formados por múltiples componentes autónomos que están omnipre-sentes en nuestras vidas, y que en un futuro no lejano se encargarán de controlar desde las condiciones ambienta-les y de seguridad en nuestros hogares, hasta “monito-rear” nuestra salud dentro y fuera de nuestros hogares.

REFERENCIAS[1] M.G. Jiménez Velasco. Diseño e implementación de un sistema multi-robot con capacidades de auto-ensamblado. Tesis de Maestría en Ciencias Computacionales, INAOE. México, 2006.

[2] M.G. Jiménez Velasco, A. Muñoz Meléndez. Multi-robot Motion Coordination based on Swing Propagation. ENC’06: Seventh International Conference on Computer Science, pp. 44-51, Rajsbaum S. (ed). IEEE Computer Society. San Luis Potosi, SLP, México, 18-22/09/2006.

[3] M.G. Jiménez Velasco, A. Muñoz Meléndez. Coordination strategies for mobile modular robots. Proceedings of the 4th IEEE Latin American Robotics Symposium LARS 2007 & IX Congreso Mexicano de Robótica COMRob2007. Monterrey, N.L. México, 5-9/11/2007.

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físicas.

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ACCIÓN SIMULTÁNEA

del movimiento.

DIFÍCIL RETO

NEUROPRÓTESIS

4. PERSPECTIVAS

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1. INTRODUCCIÓN

La robótica colectiva es una disciplina emergente que se ocupa de diseñar e implantar sistemas multi-robot; es decir, grupos de robots autónomos que

tienen un objetivo común, como vigilar un edificio o

explorar un área devastada. Los problemas mencionados pueden, bajo ciertas condiciones, resolverse utilizando robots individuales; sin embargo, bajo otras condiciones, esos problemas pueden ser resueltos únicamente por sistemas multi-robot; o bien, al ser resueltos por estos úl-timos, puede obtenerse alguna ganancia en la solución, en términos de tiempo o de algún otro recurso.

Por ejemplo, si deseamos automatizar la vigilancia de nuestras instalaciones, nos bastará un robot que veri-fique los puntos sensibles si las instalaciones tienen una sola planta. No obstante, si éstas se distribuyen en varios niveles, probablemente lo más adecuado sea desplegar un sistema multi-robot, cuyos miembros se distribuyan en los diferentes niveles de las instalaciones. Aun cuando contáramos con robots escaladores o voladores, para los cuales el desplazamiento en distintos niveles no sea un problema, un sistema multi-robot de vehículos que se des-placen sobre ruedas seguirá siendo una opción atractiva, al asegurar la vigilanca simultánea de distintos puntos de las instalaciones.

Los sistemas multi-robot están conformados por

robots autónomos; es decir, robots que toman sus de-

Robótica colectiva

Doctora Angélica Muñoz Meléndez

Coordinación de Ciencias

ComputacionalesInstituto Nacional

de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Tonantzintla, Puebla

[email protected]

Angélica Muñoz Meléndez

cisiones por sus propios medios. Esto quiere decir que la adquisición de datos del problema, la interpretación de esos datos, y la decisión de la acción que se ejecute en consecuencia, son realizadas por el propio robot. Por supuesto, un robot autónomo se conduce en función del equipamiento y de los programas que sus diseñadores definieron para él. Sin embargo, una vez en operación, un robot autónomo no tiene otras guías que esos programas y equipamiento: no hay operador humano quecorrija o “susurre” al robot lo que deba hacer.

Debe aclararse aquí que no toda descentralización de un sistema en robótica es objeto de estudio de la robótica colectiva. El diseño de un programa de control para un robot hexápodo, por ejemplo, en donde el control de cada una de sus extremidades está a cargo de un subsistema independiente, no es un problema que concierna a la robótica colectiva. Y no lo es porque un hexápodo es, en términos prácticos, una entidad indivisible.

ROBOTS PROGRAMADOS

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

En las siguientes secciones revisaremos brevemente algunos de los problemas que se enfrentan en el diseño de sistemas multi-robot, así como un prototipo físico de sistema multi-robot desarrollado en el Laboratorio de Robótica de la Coordinación de Ciencias Computacionales del INAOE, el único grupo, hasta donde sabemos, que tra-baja en México en robótica colectiva.

2. TIPOS DE PROBLEMAS

DE LA ROBÓTICA COLECTIVA

Es interesante, en este punto, preguntarnos qué problemas del ámbito de la robótica pueden reformularse como pro-blemas de la robótica colectiva. A continuación, resumi-mos las propiedades que nosotros hemos identificado caracterizan los problemas susceptibles de resolverse con un sistema multi-robot:

1. Naturaleza descentralizada; es decir, problemas que puedan ser descompuestos en tareas o funciones es-pecializadas. A veces esta descentralización es natural; por ejemplo, si buscamos diseñar un sistema multi-robot para limpieza de interiores, esas funciones pueden ser as-pirar, lavar o pulir pisos, de modo que cada tarea especia-lizada pueda encomendarse a un robot autónomo. Cada robot debe coordinarse temporalmente con el resto de robots del sistema para intervenir, en algún momento, en la solución del problema global de limpieza. Otras veces, la descentralización es impuesta; por ejemplo, si confor-mamos un sistema multi-robot con robots limpiadores

que tengan las mismas capacidades, cada robot debe coor-

dinarse espacialmente con el resto de robots del sistema, de modo que el problema sea solucionado por los robots simultáneamente; es decir, cada robot ejecuta las funcio-nes requeridas en un región específica del espacio que se va a limpiar.

2. Necesidad de dispersión física; es decir, problemas que requieran robots cuyas partes tengan capacidades propias de movilidad y de decisión. Por ejemplo, para el caso ya mencionado de robots vigilantes y en general para grupos de robots exploradores, la capacidad de dispersión de sus partes proveerá al sistema de un gran margen de maniobra, pues algunos miembros del sistema podrán dedicarse a explorar rincones recónditos del espacio, sin poner en riesgo a otros miembros del sistema.

3. EL SISTEMA MINI-TRANS

En esta sección presentamos un prototipo de sistema multi-robot que fue desarrollado en nuestro laboratorio entre 2004 y 2006. Se trata de un sistema de robots ex-perimentales, construido con el objetivo de investigar as-pectos del diseño de los sistemas multi-robot, así como principios de la coordinación de robots autónomos que formen parte de un sistema multi-robot.

El sistema Mini-trans está formado por tres robots

móviles con capacidades de auto-ensamblado. Los ro-

bots tienen en sus cuerpos cortes y pinzas que les

permiten conectarse y desconectarse a voluntad. Cada robot se desplaza sobre un arreglo de tres llantas omni-direccionales, y es controlado por una tarjeta comercial Handyboard© (ver figuras 1, 2 y 3).

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

Figura 2. Base de un robot del sistema Mini-trans [1].

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

Los robots están equipados con dispositivos muy simples. Para la detección de obstáculos disponen de un cinturón de sensores de contacto, mientras que para la comunicación con otros robots disponen de un par emisor/receptor de luz infrarroja, así como de un arreglo de LEDs (Light-Emitting Diodes) o componentes que emiten luz, y de fototransistores o componentes sensibles a la luz. La elección de este equipamiento, hasta cierto punto rudimentario, obedeció a las restric-ciones de memoria, y de número y tipo de puertos de entrada y salida de la tarjeta de control disponible.

Estos robots fueron desarrollados en nuestro labo-ratorio por la MC María Guadalupe Jiménez Velasco, como parte de su tesis de maestría [1] y bajo la super-visión de la autora de esta contribución. A pesar de las limitaciones de su equipamiento, los robots del siste-

ma Mini-trans son capaces de ejecutar tareas colecti-

vas de gran complejidad, por requerir mecanismos

de coordinación precisos, como por ejemplo conec-

tarse y desconectarse; y, una vez conectados, trans-portar objetos voluminosos empujándolos, y despla-zarse como un “suprarrobot” (ver figura 4).

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

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1. INTRODUCCIÓN

Robótica colectiva

[email protected]

ROBOTS PROGRAMADOS

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1. INTRODUCCIÓN

Robótica colectiva

[email protected]

ROBOTS PROGRAMADOS

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1. INTRODUCCIÓN

Robótica colectiva

[email protected]

ROBOTS PROGRAMADOS

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ACCIÓN SIMULTÁNEA

del movimiento.

DIFÍCIL RETO

NEUROPRÓTESIS

4. PERSPECTIVAS

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físicas.

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ACCIÓN SIMULTÁNEA

del movimiento.

DIFÍCIL RETO

NEUROPRÓTESIS

4. PERSPECTIVAS

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físicas.

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ración.

CONCLUSIÓN

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que la rodean.

[email protected]

INTRODUCCIÓN

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ración.

CONCLUSIÓN

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que la rodean.

[email protected]

INTRODUCCIÓN

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DEL MOMENTO ANGULAR

P) como:

cada pierna.

CONCLUSIONES

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CONCLUSIÓN

REFERENCIAS

de Nuevo León

doble apoyo

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DEL MOMENTO ANGULAR

P) como:

cada pierna.

CONCLUSIONES

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CONCLUSIÓN

REFERENCIAS

de Nuevo León

doble apoyo

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INTRODUCCIÓN

[email protected]

INTRODUCCIÓN

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TELE-PRESENCIA

ORGANIZACIÓN

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INTRODUCCIÓN

[email protected]

INTRODUCCIÓN

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TELE-PRESENCIA

ORGANIZACIÓN

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rúrgico.

SISTEMA DA VINCI

2. ESQUEMA BASADO

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EL ENTRENAMIENTO

CONCLUSIÓN:

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EL ENTRENAMIENTO

CONCLUSIÓN:

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LA CIRUGÍA

AGRADECIMIENTOS

5. CONCLUSIONES

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LOS ORÍGENES

LA COMPAÑÍA

EL SISTEMA

[email protected]

EL AMBIENTE VIRTUAL

TAREAS DEL ROBOT

de un robot.

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LOS ORÍGENES

LA COMPAÑÍA

EL SISTEMA

[email protected]

EL AMBIENTE VIRTUAL

TAREAS DEL ROBOT

de un robot.

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ROBOTS DEL FUTURO

DEL CONOCIMIENTO

EL MODELO DEL MUNDO

EL PLANEADOR

APRENDIZAJE

Edna Márquez

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VISIÓN ARTIFICIAL

digitales.

Carlos Pfeiffer

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ROBOTS DEL FUTURO

DEL CONOCIMIENTO

EL MODELO DEL MUNDO

EL PLANEADOR

APRENDIZAJE

Edna Márquez

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VISIÓN ARTIFICIAL

digitales.

Carlos Pfeiffer

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MEDIDAS NECESARIAS

ESTAMOS A TIEMPO

Ingeniería Civil

y Construcción

Ingeniería

Computación

e Informática

y Eléctrica

Grafica 1.

SELECCIONADAS1

Cuadro 1

INTRODUCCIÓN

itesm.mx

PROVEEDORES

52y21.indd 1 01/07/2008 19:50:54

LA ROBÓTICA

PERÍODO 1994-2007

de Nuevo León

dades diversas.

ROBOTS MARSUPIALES

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MEDIDAS NECESARIAS

ESTAMOS A TIEMPO

Ingeniería Civil

y Construcción

Ingeniería

Computación

e Informática

y Eléctrica

Grafica 1.

SELECCIONADAS1

Cuadro 1

INTRODUCCIÓN

itesm.mx

PROVEEDORES

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LA ROBÓTICA

PERÍODO 1994-2007

de Nuevo León

dades diversas.

ROBOTS MARSUPIALES

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ASPECTOS FORMATIVOS

CONCEPTO GENERAL

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[email protected]

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[email protected]

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mecánico.

androide.

ARQUITECTURA MIXTA

Mixta.

TRABAJO POR NIVELES

ARQUITECTURA MIXTA

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[email protected]

CONCLUSIONES

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mecánico.

androide.

ARQUITECTURA MIXTA

Mixta.

TRABAJO POR NIVELES

ARQUITECTURA MIXTA

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[email protected]

CONCLUSIONES

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bots van a superar

SOMOS ÚNICOS

REFERENCIAS

[email protected]

SISTEMAS EMBEBIDOS

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cuarta que es:

DEBEN AGRADECERNOS

CONTROL DEL PLANETA

MOTOR DE LA

EVOLUCIÓN

hemos conquis-

ERA DE LOS ROBOTS

SISTEMA OPERATIVO

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bots van a superar

SOMOS ÚNICOS

REFERENCIAS

[email protected]

SISTEMAS EMBEBIDOS

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cuarta que es:

DEBEN AGRADECERNOS

CONTROL DEL PLANETA

MOTOR DE LA

EVOLUCIÓN

hemos conquis-

ERA DE LOS ROBOTS

SISTEMA OPERATIVO

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UTOPÍA

tuvieron.

EL VERDADERO

SÚPERHOMBRE

Rodrigo Soto

actuadores.

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AMBIENTE PROPICIO

Alma Trejo

AGRADECIMIENTOS

REFERENCIAS

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UTOPÍA

tuvieron.

EL VERDADERO

SÚPERHOMBRE

Rodrigo Soto

actuadores.

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AMBIENTE PROPICIO

Alma Trejo

AGRADECIMIENTOS

REFERENCIAS

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LA INVESTIGACIÓN

EL SERVICIO

FCC / UANL cerda35@

hotmail.com

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LA CONSTRUCCIÓN

EL TRANSPORTE

a) robuCAB

humanas miserias.

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LA CONSTRUCCIÓN

EL TRANSPORTE

a) robuCAB

humanas miserias.

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DOS TIPOS

ASIMOV, VISIONARIO

Asimov y su

robótica literaria

[email protected]

Claudia Ordaz

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CÁLCULO DE FUERZAS

sufra daño.

naves espaciales.

carrera de letras.

Julio Verne

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DOS TIPOS

ASIMOV, VISIONARIO

Asimov y su

robótica literaria

[email protected]

Claudia Ordaz

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CÁLCULO DE FUERZAS

sufra daño.

naves espaciales.

carrera de letras.

Julio Verne

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Manos robóticas

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www.wikipedia.com

HUMANOIDES MODERNOS

Fig. 6. Wabot-2

CONCLUSIONES

ser humano real.

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Manos robóticas

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www.wikipedia.com

HUMANOIDES MODERNOS

Fig. 6. Wabot-2

CONCLUSIONES

ser humano real.

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AUTÓMATAS

HUMANOIDES

AUTÓMATA ESCRIBANO

Reemplazo humano

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Robots humanoides

[email protected]

de la experiencia?

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Robots humanoides

[email protected]

de la experiencia?

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Trascendencia

EDITORIAL

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CONTENIDO

[email protected]

Directorio

Portada

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Trascendencia

EDITORIAL

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CONTENIDO

[email protected]

Directorio

Portada

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CONTENIDO

Consejo Editorial

Directorio

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11:00 a13:40

14:00 a16:00

16:15 a16:45

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Julio 4

9:00 a10:00

10:00 a11:00

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CONTENIDO

Consejo Editorial

Directorio

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Revista Conocimiento 78

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