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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 en forma al cuerpo humano . El diseño puede tener fines funcionales, como interactuar con herramientas y entornos humanos, con fines experimentales, como el estudio de la locomoción bípeda , o con otros fines. En general, los robots humanoides tienen un torso, una cabeza, dos brazos y dos piernas, aunque algunos robots humanoides pueden replicar sólo una parte del cuerpo, por ejemplo, de la cintura para arriba. Algunos robots humanoides también tienen cabezas diseñadas para replicar rasgos faciales humanos como ojos y bocas. Los androides son robots humanoides construidos 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 de la idea de 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 doradas y las imbuyó de voces humanas para que sirvieran como herramientas o instrumentos parlantes. [1] Otro mito griego detalla cómo Hefesto creó un autómata de bronce gigante 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 con apariencia humana 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 camarera que dispensaba bebidas desde un depósito de líquido y aparecía por una puerta automática para servirlas. [4] Otro autómata que creó se utilizó para lavarse las manos y rellenar un recipiente con agua después de drenarlo. [5]

Italia

Modelo del robot de Leonardo con funcionamiento interno.

En el siglo XV, Leonardo da Vinci conceptualizó un complejo robot mecánico vestido 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 . Estos títeres parecían muñecos y se usaban para entretenimiento en teatros, hogares y festivales religiosos. [7] Las marionetas Karakuri que se utilizaban para obras de teatro se llamaban butai karakuri . [8] Los pequeños títeres karakuri que se encontraban en los hogares, llamados zashiki kurakuri , se colocaban sobre las mesas para bailar, tocar tambores o servir bebidas. [8] Los títeres utilizados en los festivales religiosos eran conocidos como Dashi karakuri , y servían para recrear mitos y leyendas. [9]

Francia

En el siglo XVIII, el inventor francés Jacques de Vaucanson creó un importante autómata humanoide llamado El Flautista . Este robot de madera y de tamaño humano era capaz de tocar varias 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

Robot iCub en el Festival de Ciencias 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 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 la robótica muy avanzada facilitará la mejora de los humanos comunes y corrientes. 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 las ciencias cognitivas. [11] Se están utilizando robots humanoides para desarrollar prótesis complejas para personas con discapacidades físicas, como pérdidas 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 humanoide era construir mejores órtesis y prótesis para los seres humanos, el conocimiento se ha ido transfiriendo entre ambas disciplinas. Algunos ejemplos son las prótesis de pierna motorizadas para personas con discapacidad neuromuscular, la órtesis de tobillo y pie, las prótesis de pierna biológicamente realistas y las prótesis de antebrazo.

Valquiria, [13] de la NASA

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

Entretenimiento

Los robots humanoides han tenido una larga historia en el ámbito del entretenimiento, desde la concepción y las ideas de la historia de Prometeo hasta la aplicación y construcción física de los animatrónicos modernos utilizados en los parques temáticos . [11] Los usos actuales y el desarrollo de robots humanoides en parques temáticos se centran en la creación de acrobacias. [14] Los Stuntronics son robots humanoides construidos para servir como dobles y están diseñados para simular movimientos dinámicos, sin ataduras y realistas. [14] Varios espectáculos de parques temáticos de Disney utilizan robots animatrónicos que se ven, se mueven y hablan de manera muy similar a los seres humanos. Aunque estos robots parecen realistas, no tienen autonomía cognitiva ni 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 robots humanoides están inexploradas, su uso principal es demostrar tecnologías prometedoras. [15] Se revelan al público ejemplos modernos de robots humanoides, como el Honda Asimo, para demostrar nuevos avances tecnológicos en habilidades motoras, como caminar, escalar y tocar un instrumento. [15] Se han desarrollado otros robots humanoides para fines domésticos, sin embargo, destacan sólo 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 lejanas , sin tener la necesidad de dar media vuelta nuevamente y regresar a la Tierra una vez completada la misión.

Sensores

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

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

propioceptivo

Los sensores propioceptivos detectan la posición, orientación y 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 seres 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 los cuales se puede calcular la velocidad mediante integración; [19] sensores de inclinación para medir la inclinación; sensores de fuerza colocados en las manos y 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 los cuales se puede calcular la velocidad por derivación); [21] e incluso sensores de velocidad.

exteroceptivo

Una mano artificial sosteniendo una bombilla.

Se pueden utilizar conjuntos de tactels para proporcionar datos sobre lo que se ha tocado. Shadow Hand utiliza una serie 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 pares 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 robots humanoides se utiliza para reconocer objetos y determinar sus propiedades. Los sensores de visión funcionan de manera 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 del ser humano. 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] Es ideal que estos actuadores tengan alta potencia, baja 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 es posible que un solo actuador eléctrico no produzca suficiente energía para una articulación de tamaño 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 el HRP-2 . [25]

Hidráulico

Los actuadores hidráulicos producen mayor potencia que los actuadores eléctricos y los actuadores 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. [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 según 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 actuador neumático es el músculo de Mac Kibben . [25]

Planificación y control

La planificación en robots es el proceso de planificar movimientos y trayectorias que debe realizar el robot. [26] El control es la ejecución real de estos movimientos y trayectorias planificadas. [26] En los robots humanoides, la planificación debe realizar movimientos bípedos, lo que significa que los robots deben planificar movimientos similares a los de un humano. [27] Dado que uno de los usos principales 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]

De gran importancia es la cuestión de la estabilización de los robots bípedos andantes en la superficie. [28] El mantenimiento del centro de gravedad del robot sobre el centro del área de soporte para proporcionar una posición estable se puede elegir como 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, recopilan información (mediante sensores) sobre el "mundo real" e interactúan con él. [29] No se quedan quietos como los manipuladores de fábricas 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 (para el propio robot y para las personas) y redundancia de movimientos, es decir, más grados de libertad y, por tanto, una 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 todo el cuerpo se ocupa de estas cuestiones y aborda la coordinación adecuada de numerosos grados de libertad, por ejemplo, para realizar varias tareas de control simultáneamente mientras se sigue un orden de prioridad determinado. [33] [34]

Cronología de los acontecimientos

En ciencia ficcion

Un tema común para la representación de robots humanoides en la ciencia ficción se refiere a cómo pueden ayudar a los humanos en la sociedad o representar una amenaza para la humanidad. [106] Este tema esencialmente cuestiona si la inteligencia artificial es una fuerza buena o mala para la humanidad. [106] Los robots humanoides que se describen como buenos para la sociedad y benefician a los humanos son Commander Data en Star Trek y C-3PO en Star Wars . [106] Las 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 . [106] Una película india en idioma tamil que mostraba los pros y los contras de un robot humanoide Chitti . [107] [108]

Otro tema destacado que se encuentra en la ciencia ficción con respecto a los robots humanoides se centra en la personalidad. Ciertas películas, particularmente Blade Runner y Blade Runner 2049 , exploran si un ser sintético construido debe considerarse una persona. [109] En las películas, los androides llamados " replicantes " se crean de manera indistinguible de los seres humanos, pero son rechazados y no poseen los mismos derechos que los humanos. Este tema incita la simpatía de la audiencia y al mismo tiempo genera inquietud ante la idea de que los robots humanoides imiten demasiado a los humanos. [110]

Ver también

Referencias

Citas

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Fuentes

Otras lecturas

enlaces externos

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