La telerrobótica es el área de la robótica que se ocupa del control de robots semiautónomos a distancia, principalmente mediante televisión , redes inalámbricas (como Wi-Fi , Bluetooth y la Red del Espacio Profundo ) o conexiones atadas. Es una combinación de dos subcampos principales, que son la teleoperación y la telepresencia .
La teleoperación hace referencia al funcionamiento de una máquina a distancia. Su significado es similar al de la frase "control remoto", pero suele emplearse en entornos de investigación, académicos y técnicos. Suele asociarse con la robótica y los robots móviles, pero puede aplicarse a una amplia gama de circunstancias en las que una persona opera un dispositivo o una máquina a distancia. [1]
La teleoperación es el término más común, utilizado tanto en la comunidad científica como en la técnica, para referirse a la operación a distancia. Esto se opone a la " telepresencia ", que se refiere al subconjunto de sistemas telerrobóticos configurados con una interfaz inmersiva de manera que el operador se siente presente en el entorno remoto, proyectando su presencia a través del robot remoto. Uno de los primeros sistemas de telepresencia que permitía a los operadores sentirse presentes en un entorno remoto a través de todos los sentidos primarios (vista, oído y tacto) fue el sistema Virtual Fixies desarrollado en los Laboratorios de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos a principios de los años 90. El sistema permitía a los operadores realizar tareas diestras (insertar clavijas en agujeros) de forma remota, de manera que el operador se sintiera como si estuviera insertando las clavijas cuando, de hecho, era un robot el que realizaba la tarea de forma remota. [2] [3] [4]
Un telemanipulador (o teleoperador ) es un dispositivo que es controlado remotamente por un operador humano. En casos simples, las acciones de comando del operador que controla corresponden directamente a acciones en el dispositivo controlado, como por ejemplo en un modelo de avión controlado por radio o un vehículo de inmersión profunda atado. Cuando los retrasos en las comunicaciones hacen que el control directo sea impráctico (como un explorador planetario remoto), o se desea reducir la carga de trabajo del operador (como en un avión espía o de ataque controlado remotamente), el dispositivo no será controlado directamente, sino que se le ordenará que siga una ruta específica. En niveles crecientes de sofisticación, el dispositivo puede operar de manera algo independiente en cuestiones como la evitación de obstáculos, también comúnmente empleada en exploradores planetarios.
Los dispositivos diseñados para permitir al operador controlar un robot a distancia a veces se denominan robótica telequérica.
Dos componentes principales de la telerrobótica y la telepresencia son las aplicaciones visuales y de control. Una cámara remota proporciona una representación visual de la vista desde el robot. Colocar la cámara robótica en una perspectiva que permita un control intuitivo es una técnica reciente que, aunque se basa en la ciencia ficción ( el cuento de Robert A. Heinlein de 1942 " Waldo "), no ha dado frutos, ya que la velocidad, la resolución y el ancho de banda solo recientemente han sido adecuados para la tarea de poder controlar la cámara del robot de una manera significativa. Si se utiliza un visor montado en la cabeza , el control de la cámara se puede facilitar mediante el seguimiento de la cabeza, como se muestra en la figura siguiente.
Esto sólo funciona si el usuario se siente cómodo con la latencia del sistema, el retraso en la respuesta a los movimientos y la representación visual. Cualquier problema como resolución inadecuada, latencia de la imagen de vídeo, retraso en el procesamiento mecánico y informático del movimiento y la respuesta, y distorsión óptica debido a la lente de la cámara y las lentes de los cascos de realidad virtual, pueden provocar en el usuario un " mareo del simulador ", que se ve agravado por la falta de estimulación vestibular con la representación visual del movimiento.
La falta de coincidencia entre los movimientos de los usuarios, como errores de registro, retraso en la respuesta del movimiento debido al filtrado excesivo, resolución inadecuada para movimientos pequeños y velocidad lenta, pueden contribuir a estos problemas.
La misma tecnología puede controlar el robot, pero entonces los problemas de coordinación ojo-mano se vuelven aún más generalizados en todo el sistema, y la tensión o frustración del usuario pueden hacer que el sistema sea difícil de usar. [ cita requerida ]
La tendencia a construir robots ha sido la de minimizar los grados de libertad porque eso reduce los problemas de control. Las recientes mejoras en las computadoras han cambiado el énfasis hacia más grados de libertad, lo que permite dispositivos robóticos que parecen más inteligentes y más humanos en sus movimientos. Esto también permite una teleoperación más directa ya que el usuario puede controlar el robot con sus propios movimientos . [5]
Una interfaz telerrobótica puede ser tan simple como una interfaz MMK (monitor-mouse-teclado) común. Si bien no es inmersiva, es económica. La telerrobótica impulsada por conexiones a Internet suele ser de este tipo. Una modificación valiosa de la MMK es un joystick, que proporciona un esquema de navegación más intuitivo para el movimiento del robot plano.
Las configuraciones de telepresencia dedicadas utilizan una pantalla montada en la cabeza con pantalla para uno o dos ojos y una interfaz ergonómicamente adaptada con joystick y controles relacionados con botones, controles deslizantes y disparadores.
Otras interfaces combinan interfaces de realidad virtual totalmente inmersivas y video en tiempo real en lugar de imágenes generadas por computadora. [6] Otro ejemplo sería utilizar una cinta de correr omnidireccional con un sistema de visualización inmersiva para que el robot sea impulsado por la persona que camina o corre. Las modificaciones adicionales pueden incluir pantallas de datos fusionadas, como imágenes térmicas infrarrojas, evaluación de amenazas en tiempo real o esquemas de dispositivos. [ cita requerida ]
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Con la excepción del programa Apolo , la mayor parte de la exploración espacial se ha llevado a cabo con sondas espaciales telerobóticas . La mayor parte de la astronomía basada en el espacio , por ejemplo, se ha llevado a cabo con telescopios telerobóticos . La misión rusa Lunokhod-1 , por ejemplo, puso un rover controlado a distancia en la Luna, que fue conducido en tiempo real (con un retraso de tiempo de 2,5 segundos a la velocidad de la luz) por operadores humanos en tierra. Los programas de exploración planetaria robótica utilizan naves espaciales que son programadas por humanos en estaciones terrestres, logrando esencialmente una forma de operación telerobótica de largo plazo. Ejemplos recientes dignos de mención incluyen los rovers de exploración de Marte (MER) y el rover Curiosity . En el caso de la misión MER, la nave espacial y el rover operaron en programas almacenados, con los conductores del rover en tierra programando la operación de cada día. La Estación Espacial Internacional (ISS) utiliza un telemanipulador de dos brazos llamado Dextre . Más recientemente, se ha añadido a la estación espacial un robot humanoide, Robonaut [8], para realizar experimentos telerrobóticos.
La NASA ha propuesto el uso de sistemas telerobóticos de alta capacidad [9] para la futura exploración planetaria utilizando la exploración humana desde la órbita. En un concepto para la exploración de Marte propuesto por Landis , se podría realizar una misión precursora a Marte en la que el vehículo humano lleva una tripulación a Marte, pero permanece en órbita en lugar de aterrizar en la superficie, mientras que un robot remoto de alta capacidad es operado en tiempo real en la superficie. [10] Un sistema de este tipo iría más allá de la simple robótica de retardo de tiempo largo y pasaría a un régimen de telepresencia virtual en el planeta. Un estudio de este concepto, el concepto de Exploración Humana utilizando Operaciones Robóticas en Tiempo Real (HERRO), sugirió que una misión de este tipo podría usarse para explorar una amplia variedad de destinos planetarios. [7]
La prevalencia de las videoconferencias de alta calidad mediante dispositivos móviles, tabletas y computadoras portátiles ha permitido un crecimiento drástico de los robots de telepresencia para ayudar a dar una mejor sensación de presencia física remota para la comunicación y la colaboración en la oficina, el hogar, la escuela, etc. cuando uno no puede estar allí en persona. El avatar del robot puede moverse o mirar a su alrededor siguiendo las órdenes de la persona remota. [11] [12]
Ha habido dos enfoques principales que utilizan videoconferencia en una pantalla.
Los sistemas de videoconferencia tradicionales y las salas de telepresencia suelen ofrecer cámaras con movimiento horizontal, vertical y zoom con control remoto. La capacidad del usuario remoto de girar la cabeza del dispositivo y mirar a su alrededor de forma natural durante una reunión suele considerarse la característica más destacada de un robot de telepresencia. Por este motivo, los desarrolladores han surgido en la nueva categoría de robots de telepresencia de escritorio que se concentran en esta característica más destacada para crear un robot de mucho menor coste. Los robots de telepresencia de escritorio, también denominados "robots de cabeza y cuello" [14] permiten a los usuarios mirar a su alrededor durante una reunión y son lo suficientemente pequeños como para ser transportados de un lugar a otro, eliminando la necesidad de navegación remota. [15]
Algunos robots de telepresencia son de gran ayuda para algunos niños con enfermedades crónicas que no pueden asistir a la escuela con regularidad. Las tecnologías innovadoras más recientes pueden unir a las personas y les permiten mantenerse conectadas entre sí, lo que las ayuda significativamente a superar la soledad. [16]
Los vehículos marinos operados a distancia (ROV) se utilizan ampliamente para trabajar en aguas demasiado profundas o demasiado peligrosas para los buceadores. Reparan plataformas petrolíferas en alta mar y sujetan cables a los barcos hundidos para izarlos. Por lo general, están unidos mediante una cuerda a un centro de control en un barco de superficie. El naufragio del Titanic fue explorado por un ROV, así como por un barco operado por tripulación.
Además, se están realizando muchas investigaciones telerrobóticas en el campo de los dispositivos médicos y los sistemas quirúrgicos mínimamente invasivos. Con un sistema de cirugía robótica , un cirujano puede trabajar dentro del cuerpo a través de pequeños orificios lo suficientemente grandes para el manipulador, sin necesidad de abrir la cavidad torácica para permitir el ingreso de las manos.
El NIST mantiene un conjunto de estándares de prueba utilizados para sistemas telerrobóticos de respuesta a emergencias [17] y de aplicación de la ley. [18] [19]
Los manipuladores remotos se utilizan para manejar materiales radiactivos .
La telerrobótica se ha utilizado en piezas de arte de instalación ; Telegarden es un ejemplo de un proyecto en el que un robot era operado por los usuarios a través de la Web.
