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Robot humanoide

Ameca generación 1 fotografiada en el laboratorio de Engineered Arts Ltd.

Un robot humanoide es un robot que se asemeja al cuerpo humano en su forma. El diseño puede tener fines funcionales, como interactuar con herramientas y entornos humanos, fines experimentales, como el estudio de la locomoción bípeda , o para otros fines. En general, los robots humanoides tienen un torso, una cabeza, dos brazos y dos piernas, aunque algunos robots humanoides pueden replicar solo una parte del cuerpo. Los androides son robots humanoides diseñados para parecerse estéticamente a los humanos.

Historia

El concepto de robot humanoide se originó en muchas culturas diferentes de todo el mundo. Algunos de los primeros relatos sobre la idea de los autómatas humanoides datan del siglo IV a. C. en las mitologías griegas y en varios textos religiosos y filosóficos de China. Posteriormente se crearon prototipos físicos de autómatas humanoides en Oriente Medio, Italia, Japón y Francia.

Grecia

El dios griego de los herreros, Hefesto , creó varios autómatas humanoides diferentes en varios mitos. En la Ilíada de Homero, Hefesto creó doncellas de oro y las imbuyó de voces humanas para que sirvieran como herramientas o instrumentos parlantes. [1] Otro mito griego detalla cómo Hefesto fabricó un autómata gigante de bronce llamado Talos para proteger la isla de Creta de los invasores. [2]

Porcelana

En el siglo III a. C., un texto filosófico taoísta llamado Liezi , escrito por el filósofo chino Lie Yukou , detallaba la idea de un autómata humanoide. El texto incluye una mención de un ingeniero llamado Yan Shi que creó un robot de tamaño natural, parecido a un humano, para el quinto rey de la dinastía Zhou china, el rey Mu . [3] El robot estaba construido principalmente de cuero y madera. Era capaz de caminar, cantar y mover todas las partes de su cuerpo. [3]

Oriente Medio

En el siglo XIII, un ingeniero musulmán llamado Ismail al-Jazari diseñó varios autómatas humanoides. Creó un robot camarero que dispensaba bebidas de un depósito de líquido y aparecía por una puerta automática para servirlas. [4] Otro autómata que creó se utilizaba para lavarse las manos y rellenar un recipiente con agua después de vaciarlo. [5]

Italia

Modelo del robot de Leonardo con su funcionamiento interno

En el siglo XV, Leonardo da Vinci ideó un robot mecánico complejo revestido con una armadura, capaz de sentarse, pararse y mover los brazos de forma independiente. [6] Todo el robot era operado por un sistema de poleas y cables.

Japón

Entre los siglos XVII y XIX, los japoneses construyeron autómatas humanoides llamados marionetas karakuri . Estas marionetas se parecían a muñecas y se utilizaban para el entretenimiento en el teatro, en los hogares y en los festivales religiosos. [7] Las marionetas karakuri que se utilizaban para obras de teatro se llamaban butai karakuri . [8] Las pequeñas marionetas karakuri que se encontraban en los hogares, llamadas zashiki kurakuri , se colocaban sobre mesas para bailar, tocar tambores o servir bebidas. [8] Las marionetas utilizadas en los festivales religiosos se conocían como Dashi karakuri y servían para recrear mitos y leyendas. [9]

Francia

En el siglo XVIII, el inventor francés Jacques de Vaucanson creó un autómata humanoide de gran importancia llamado El flautista . Este robot de madera, de tamaño humano, era capaz de tocar diversas melodías con la flauta. Consistía en un sistema de fuelles, tubos, pesas y otros componentes mecánicos para simular los músculos necesarios para tocar la flauta. [10]

Aplicaciones

El robot iCub en el Festival de la Ciencia de Génova , Italia, en 2009

Los robots humanoides se utilizan actualmente como herramientas de investigación en varias áreas científicas. Los investigadores estudian la estructura y el comportamiento del cuerpo humano (biomecánica) para construir robots humanoides. Por otro lado, el intento de simular el cuerpo humano conduce a una mejor comprensión del mismo. La cognición humana es un campo de estudio que se centra en cómo los humanos aprenden a partir de la información sensorial para adquirir habilidades perceptivas y motoras. Este conocimiento se utiliza para desarrollar modelos computacionales del comportamiento humano y ha ido mejorando con el tiempo.

Se ha sugerido que una robótica muy avanzada facilitará la mejora de los seres humanos comunes. Véase transhumanismo .

Medicina e investigación

Los robots humanoides son un recurso valioso en el mundo de la medicina y la biotecnología, así como en otros campos de investigación como la biomecánica y la ciencia cognitiva. [11] Los robots humanoides se están utilizando para desarrollar prótesis complejas para personas con discapacidades físicas, como la falta de extremidades. [12] El WABIAN-2 es un nuevo robot humanoide médico creado para ayudar a los pacientes en la rehabilitación de sus extremidades inferiores. [12]

Aunque el objetivo inicial de la investigación sobre humanoides era construir mejores órtesis y prótesis para los seres humanos, se ha producido una transferencia de conocimientos entre ambas disciplinas. Algunos ejemplos son las prótesis de pierna motorizadas para personas con problemas neuromusculares, las órtesis de tobillo y pie, las prótesis de pierna de realismo biológico y las prótesis de antebrazo.

Valkyrie, [13] de la NASA

Los robots humanoides pueden utilizarse como sujetos de prueba para la práctica y el desarrollo de ayudas sanitarias personalizadas, actuando esencialmente como enfermeros robóticos para grupos demográficos como los ancianos. [12] Los humanoides también son adecuados para algunas vocaciones basadas en procedimientos, como administradores de recepción y trabajadores de línea de fabricación de automóviles. En esencia, dado que pueden utilizar herramientas y operar equipos y vehículos diseñados para la forma humana, los humanoides podrían, en teoría, realizar cualquier tarea que un ser humano puede realizar, siempre que tengan el software adecuado . Sin embargo, la complejidad de hacerlo es inmensa.

Entretenimiento

Los robots humanoides tienen una larga historia en el mundo del entretenimiento, desde la concepción y las ideas en la historia de Prometeo hasta la aplicación y la construcción física de la animatrónica moderna utilizada en los parques temáticos . [11] Los usos y el desarrollo actuales de los robots humanoides en los parques temáticos se centran en la creación de stuntronics. [14] Los stuntronics son robots humanoides construidos para servir como dobles de riesgo y están diseñados para simular un movimiento dinámico, sin ataduras y similar a la vida real. [14] Varios espectáculos de parques temáticos de Disney utilizan robots animatrónicos que se ven, se mueven y hablan de forma muy similar a los seres humanos. Aunque estos robots parecen realistas, no tienen cognición ni autonomía física. Varios robots humanoides y sus posibles aplicaciones en la vida diaria se presentan en un documental independiente llamado Plug & Pray , que se estrenó en 2010.

Demostrativo

Aunque muchas aplicaciones del mundo real para los robots humanoides están inexploradas, su uso principal es demostrar tecnologías emergentes. [15] Los ejemplos modernos de robots humanoides, como el Honda Asimo, se revelan al público para demostrar nuevos avances tecnológicos en habilidades motoras, como caminar, trepar y tocar un instrumento. [15] Se han desarrollado otros robots humanoides para fines domésticos, sin embargo, solo se destacan en habilidades de un solo propósito y están lejos de ser autónomos. [15] Los robots humanoides, especialmente aquellos con algoritmos de inteligencia artificial , podrían ser útiles para futuras misiones de exploración espacial peligrosas y/o distantes , sin tener la necesidad de dar la vuelta nuevamente y regresar a la Tierra una vez que se complete la misión.

Sensores

Un sensor es un dispositivo que mide algún atributo del mundo. Al ser uno de los tres pilares de la robótica (además de la planificación y el control), la detección desempeña un papel importante en los paradigmas robóticos .

Los sensores pueden clasificarse según el proceso físico con el que trabajan o según el tipo de información de medición que entregan como salida. En este caso se utilizó el segundo enfoque. [16]

Propioceptivo

Los sensores propioceptivos detectan la posición, la orientación y la velocidad del cuerpo y las articulaciones del humanoide, junto con otros valores internos. [17]

En los seres humanos, los otolitos y los canales semicirculares (en el oído interno) se utilizan para mantener el equilibrio y la orientación. [18] Además, los humanos utilizan sus propios sensores propioceptivos (por ejemplo, tacto, extensión muscular, posición de las extremidades) para ayudar con su orientación. Los robots humanoides utilizan acelerómetros para medir la aceleración, a partir de la cual se puede calcular la velocidad por integración; [19] sensores de inclinación para medir la inclinación; sensores de fuerza colocados en las manos y los pies del robot para medir la fuerza de contacto con el entorno; [20] sensores de posición que indican la posición real del robot (a partir de la cual se puede calcular la velocidad por derivación); [21] e incluso sensores de velocidad.

Exteroceptivo

Una mano artificial que sostiene una bombilla.

Se pueden utilizar conjuntos de tactels para proporcionar datos sobre lo que se ha tocado. La Mano Sombra utiliza un conjunto de 34 tactels dispuestos debajo de su piel de poliuretano en la punta de cada dedo. [22] Los sensores táctiles también proporcionan información sobre las fuerzas y los pares de torsión transferidos entre el robot y otros objetos.

La visión se refiere al procesamiento de datos de cualquier modalidad que utilice el espectro electromagnético para producir una imagen. En los robots humanoides se utiliza para reconocer objetos y determinar sus propiedades. Los sensores de visión funcionan de forma muy similar a los ojos de los seres humanos. La mayoría de los robots humanoides utilizan cámaras CCD como sensores de visión.

Los sensores de sonido permiten a los robots humanoides escuchar el habla y los sonidos ambientales, de forma similar a los oídos de los seres humanos. Los robots suelen utilizar micrófonos para transmitir el habla.

Actuadores

Los actuadores son los motores responsables del movimiento del robot. [23]

Los robots humanoides están construidos de tal manera que imitan el cuerpo humano. Utilizan actuadores que funcionan como músculos y articulaciones , aunque con una estructura diferente. [23] Los actuadores de los robots humanoides pueden ser eléctricos, neumáticos o hidráulicos . [24] [25] Lo ideal es que estos actuadores tengan alta potencia, poca masa y pequeñas dimensiones. [25]

Eléctrico

Los actuadores eléctricos son los tipos más populares de actuadores en robots humanoides. [24] Estos actuadores son de menor tamaño y un solo actuador eléctrico puede no producir suficiente energía para una articulación del tamaño de un humano. [24] Por lo tanto, es común utilizar múltiples actuadores eléctricos para una sola articulación en un robot humanoide. [24] Un ejemplo de un robot humanoide que utiliza actuadores eléctricos es HRP-2 . [25]

Hidráulico

Los actuadores hidráulicos producen mayor potencia que los actuadores eléctricos y neumáticos, y tienen la capacidad de controlar el par que producen mejor que otros tipos de actuadores. [25] Sin embargo, pueden llegar a ser muy voluminosos en tamaño. [24] [25] Una solución para contrarrestar el problema del tamaño son los actuadores electrohidrostáticos (EHA). [25] El ejemplo más popular de un robot humanoide que utiliza actuadores hidráulicos es el robot ATLAS fabricado por Boston Dynamics . [25]

Neumático

Los actuadores neumáticos funcionan sobre la base de la compresibilidad del gas . [24] [25] A medida que se inflan, se expanden a lo largo del eje, y a medida que se desinflan, se contraen. Si un extremo está fijo, el otro se moverá en una trayectoria lineal . Un ejemplo popular de un actuador neumático es el músculo Mac Kibben . [25]

Planificación y control

La planificación en robots es el proceso de planificar los movimientos y trayectorias que el robot debe llevar a cabo. [26] El control es la ejecución real de estos movimientos y trayectorias planificados. [26] En los robots humanoides, la planificación debe llevar a cabo movimientos bípedos, lo que significa que los robots deben planificar movimientos similares a los de un humano. [27] Dado que uno de los principales usos de los robots humanoides es interactuar con los humanos, es importante que los mecanismos de planificación y control de los robots humanoides funcionen en una variedad de terrenos y entornos. [27]

La cuestión de la estabilización de los robots bípedos que caminan sobre la superficie es de gran importancia. [28] El mantenimiento del centro de gravedad del robot sobre el centro del área de apoyo para proporcionar una posición estable puede elegirse como un objetivo de control. [28]

Para mantener el equilibrio dinámico durante la caminata , un robot necesita información sobre la fuerza de contacto y su movimiento actual y deseado. [27] La ​​solución a este problema se basa en un concepto importante, el Punto de Momento Cero (ZMP). [27]

Otra característica de los robots humanoides es que se mueven, recogen información (utilizando sensores) sobre el "mundo real" e interactúan con él. [29] No se quedan quietos como los manipuladores de fábrica y otros robots que trabajan en entornos altamente estructurados. [29] Para permitir que los humanoides se muevan en entornos complejos, la planificación y el control deben centrarse en la detección de autocolisiones, la planificación de rutas y la evitación de obstáculos . [29] [30]

Los robots humanoides aún no tienen algunas características del cuerpo humano. [31] Incluyen estructuras con flexibilidad variable, que proporcionan seguridad (al propio robot y a las personas), y redundancia de movimientos, es decir, más grados de libertad y, por lo tanto, amplia disponibilidad de tareas. [31] Aunque estas características son deseables para los robots humanoides, traerán más complejidad y nuevos problemas a la planificación y el control. [32] El campo del control de cuerpo completo se ocupa de estos problemas y aborda la coordinación adecuada de numerosos grados de libertad, por ejemplo, para realizar varias tareas de control simultáneamente siguiendo un orden de prioridad dado. [33] [34]

Cronología de los acontecimientos

En ciencia ficción

Un tema común para la representación de robots humanoides en la ciencia ficción se relaciona con cómo pueden ayudar a los humanos en la sociedad o servir como amenazas a la humanidad. [111] Este tema cuestiona esencialmente si la inteligencia artificial es una fuerza del bien o del mal para la humanidad. [111] Los robots humanoides que se representan como buenos para la sociedad y benefician a los humanos son el Comandante Data en Star Trek y C-3PO en Star Wars . [111] Representaciones opuestas donde los robots humanoides se muestran como aterradores y amenazantes para los humanos son el T-800 en Terminator y Megatron en Transformers . [111] Una película india en idioma tamil que mostró los pros y los contras de un robot humanoide Chitti . [112] [113]

Otro tema destacado que se encuentra en la ciencia ficción en relación con los robots humanoides se centra en la personalidad. Algunas películas, en particular Blade Runner y Blade Runner 2049 , exploran si un ser sintético construido debe ser considerado una persona o no. [114] En las películas, los androides llamados " replicantes " son creados de manera indistinguible de los seres humanos, sin embargo, son rechazados y no poseen los mismos derechos que los humanos. Este tema incita la simpatía de la audiencia al mismo tiempo que genera inquietud ante la idea de que los robots humanoides imiten demasiado a los humanos. [115]

Véase también

Referencias

Citas

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Fuentes

Lectura adicional

Enlaces externos

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