La robótica es el estudio y la práctica interdisciplinaria del diseño, construcción, operación y uso de robots . [1]
Dentro de la ingeniería mecánica , la robótica es el diseño y construcción de las estructuras físicas de los robots, mientras que en la informática , la robótica se centra en los algoritmos de automatización robótica. Otras disciplinas que contribuyen a la robótica incluyen ingeniería eléctrica , de control , de software , de información , electrónica , de telecomunicaciones , informática , mecatrónica y de materiales .
El objetivo de la mayoría de la robótica es diseñar máquinas que puedan ayudar y asistir a los humanos . Muchos robots están diseñados para realizar trabajos que son peligrosos para las personas, como encontrar supervivientes en ruinas inestables y explorar el espacio, minas y naufragios. Otros reemplazan a personas en trabajos aburridos, repetitivos o desagradables, como limpiar, monitorear, transportar y ensamblar. Hoy en día, la robótica es un campo en rápido crecimiento, a medida que continúan los avances tecnológicos; La investigación, el diseño y la construcción de nuevos robots tienen diversos fines prácticos.
Existen muchos tipos de robots; se utilizan en muchos entornos diferentes y para muchos usos diferentes. Aunque diversos en aplicación y forma, todos comparten tres aspectos básicos en cuanto a su diseño y construcción:
A medida que se diseñan cada vez más robots para tareas específicas, este método de clasificación se vuelve más relevante. Por ejemplo, muchos robots están diseñados para trabajos de ensamblaje, que pueden no ser fácilmente adaptables a otras aplicaciones. Se les denomina "robots de montaje". Para la soldadura de costura, algunos proveedores proporcionan sistemas de soldadura completos con el robot, es decir, el equipo de soldadura junto con otras instalaciones de manipulación de materiales como plataformas giratorias, etc., como una unidad integrada. Un sistema robótico integrado de este tipo se denomina "robot de soldadura", aunque su unidad manipuladora discreta podría adaptarse a una variedad de tareas. Algunos robots están diseñados específicamente para la manipulación de cargas pesadas y están etiquetados como "robots de servicio pesado". [3]
Las aplicaciones actuales y potenciales incluyen:
En la actualidad, como fuente de energía se utilizan principalmente baterías (de plomo-ácido) . Se pueden utilizar muchos tipos diferentes de baterías como fuente de energía para los robots. Van desde baterías de plomo-ácido, que son seguras y tienen una vida útil relativamente larga, pero son bastante pesadas en comparación con las baterías de plata-cadmio, que tienen un volumen mucho menor y actualmente son mucho más caras. El diseño de un robot alimentado por batería debe tener en cuenta factores como la seguridad, el ciclo de vida y el peso . También se pueden utilizar generadores, a menudo algún tipo de motor de combustión interna . Sin embargo, estos diseños suelen ser mecánicamente complejos y necesitan combustible, requieren disipación de calor y son relativamente pesados. Una correa que conectara el robot a una fuente de alimentación eliminaría por completo la fuente de alimentación del robot. Esto tiene la ventaja de ahorrar peso y espacio al trasladar todos los componentes de generación y almacenamiento de energía a otra parte. Sin embargo, este diseño tiene el inconveniente de tener constantemente un cable conectado al robot, lo que puede resultar difícil de gestionar. [15] Las posibles fuentes de energía podrían ser:
Los actuadores son los " músculos " de un robot, las partes que convierten la energía almacenada en movimiento. [16] Con diferencia, los actuadores más populares son los motores eléctricos que hacen girar una rueda o engranaje, y los actuadores lineales que controlan los robots industriales en las fábricas. Hay algunos avances recientes en tipos alternativos de actuadores, impulsados por electricidad, productos químicos o aire comprimido.
La gran mayoría de los robots utilizan motores eléctricos , a menudo motores de CC con y sin escobillas en robots portátiles o motores de CA en robots industriales y máquinas CNC . Estos motores suelen preferirse en sistemas con cargas más ligeras y donde la forma de movimiento predominante es la rotación.
Varios tipos de actuadores lineales se mueven hacia adentro y hacia afuera en lugar de girar y, a menudo, tienen cambios de dirección más rápidos, particularmente cuando se necesitan fuerzas muy grandes, como ocurre con la robótica industrial. Por lo general, funcionan con aire comprimido y oxidado ( actuador neumático ) o aceite ( actuador hidráulico ). Los actuadores lineales también pueden funcionar con electricidad, que generalmente consta de un motor y un husillo. Otro tipo común es un actuador lineal mecánico, como el piñón y cremallera de un automóvil.
La actuación elástica en serie (SEA) se basa en la idea de introducir elasticidad intencional entre el actuador del motor y la carga para un control de fuerza sólido. Debido a la menor inercia reflejada resultante, la actuación elástica en serie mejora la seguridad cuando un robot interactúa con el entorno (por ejemplo, humanos o piezas de trabajo) o durante colisiones. [17] Además, también proporciona eficiencia energética y absorción de impactos (filtrado mecánico) al tiempo que reduce el desgaste excesivo de la transmisión y otros componentes mecánicos. Este enfoque se ha empleado con éxito en varios robots, particularmente en robots de fabricación avanzados [18] y robots humanoides andantes . [19] [20]
El diseño del controlador de un actuador elástico en serie se realiza con mayor frecuencia dentro del marco de pasividad , ya que garantiza la seguridad de la interacción con entornos no estructurados. [21] A pesar de su notable estabilidad y robustez, este marco sufre las estrictas limitaciones impuestas al controlador que pueden comprometer el rendimiento. Se remite al lector a la siguiente encuesta que resume las arquitecturas de controlador comunes para SEA junto con las correspondientes condiciones de pasividad suficiente . [22] Un estudio reciente ha derivado las condiciones de pasividad necesarias y suficientes para una de las arquitecturas de control de impedancia más comunes , a saber, SEA basada en velocidad. [23] Este trabajo es de particular importancia ya que impulsa los límites de pasividad no conservadores en un esquema SEA por primera vez, lo que permite una mayor selección de ganancias de control.
Los músculos artificiales neumáticos, también conocidos como músculos del aire, son tubos especiales que se expanden (normalmente hasta un 42%) cuando se introduce aire en su interior. Se utilizan en algunas aplicaciones de robots. [24] [25] [26]
El alambre muscular, también conocido como aleación con memoria de forma, alambre Nitinol® o Flexinol®, es un material que se contrae (menos del 5%) cuando se aplica electricidad. Se han utilizado para algunas aplicaciones de robots pequeños. [27] [28]
Los EAP o EPAM son un material plástico que puede contraerse sustancialmente (hasta un 380% de tensión de activación) debido a la electricidad y se han utilizado en los músculos faciales y brazos de robots humanoides, [29] y para permitir que los nuevos robots floten, [30] vuelen. , nadar o caminar. [31]
Las alternativas recientes a los motores de CC son los motores piezoeléctricos o los motores ultrasónicos . Estos funcionan según un principio fundamentalmente diferente, según el cual pequeños elementos piezocerámicos , que vibran miles de veces por segundo, provocan un movimiento lineal o giratorio. Existen diferentes mecanismos de funcionamiento; un tipo utiliza la vibración de los elementos piezoeléctricos para hacer avanzar el motor en un círculo o en línea recta. [32] Otro tipo utiliza los elementos piezoeléctricos para hacer vibrar una tuerca o para accionar un tornillo. Las ventajas de estos motores son la resolución nanométrica , la velocidad y la fuerza disponible para su tamaño. [33] Estos motores ya están disponibles comercialmente y se utilizan en algunos robots. [34] [35]
Los nanotubos elásticos son una prometedora tecnología de músculos artificiales en fase inicial de desarrollo experimental. La ausencia de defectos en los nanotubos de carbono permite que estos filamentos se deformen elásticamente en varios porcentajes, con niveles de almacenamiento de energía de quizás 10 J /cm 3 para los nanotubos metálicos. Los bíceps humanos podrían sustituirse por un alambre de 8 mm de diámetro de este material. Un "músculo" tan compacto podría permitir que los futuros robots corran y salten más que los humanos. [36]
Los sensores permiten que los robots reciban información sobre una determinada medición del entorno o de componentes internos. Esto es esencial para que los robots realicen sus tareas y actúen ante cualquier cambio en el entorno para calcular la respuesta adecuada. Se utilizan para diversas formas de mediciones, para advertir a los robots sobre seguridad o mal funcionamiento y para proporcionar información en tiempo real sobre la tarea que está realizando.
Las manos robóticas y protésicas actuales reciben mucha menos información táctil que la mano humana. Investigaciones recientes han desarrollado un conjunto de sensores táctiles que imita las propiedades mecánicas y los receptores táctiles de las yemas de los dedos humanos. [37] [38] La matriz de sensores está construida como un núcleo rígido rodeado por un fluido conductor contenido por una piel elastomérica. Los electrodos se montan en la superficie del núcleo rígido y se conectan a un dispositivo de medición de impedancia dentro del núcleo. Cuando la piel artificial toca un objeto, el recorrido del fluido alrededor de los electrodos se deforma, lo que produce cambios de impedancia que mapean las fuerzas recibidas del objeto. Los investigadores esperan que una función importante de estas yemas de los dedos artificiales sea ajustar el agarre robótico de los objetos sostenidos.
Científicos de varios países europeos e Israel desarrollaron una prótesis de mano en 2009, llamada SmartHand, que funciona como una mano real: permite a los pacientes escribir con ella, escribir en un teclado , tocar el piano y realizar otros movimientos finos. La prótesis tiene sensores que permiten al paciente sentir sensaciones reales en la punta de los dedos. [39]
Otras formas comunes de detección en robótica utilizan lidar, radar y sonar. [40] Lidar mide la distancia a un objetivo iluminando el objetivo con luz láser y midiendo la luz reflejada con un sensor. El radar utiliza ondas de radio para determinar el alcance, el ángulo o la velocidad de los objetos. El sonar utiliza la propagación del sonido para navegar, comunicarse o detectar objetos sobre o debajo de la superficie del agua.
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Matt Mason ha proporcionado una definición de manipulación robótica como: "la manipulación se refiere al control de un agente de su entorno a través del contacto selectivo". [41]
Los robots necesitan manipular objetos; recoger, modificar, destruir, mover o de otro modo tener un efecto. Por lo tanto, el extremo funcional de un brazo robótico destinado a realizar el efecto (ya sea una mano o una herramienta) a menudo se denomina efectores finales , [42] mientras que el "brazo" se denomina manipulador . [43] La mayoría de los brazos robóticos tienen efectores finales reemplazables, cada uno de los cuales les permite realizar una pequeña variedad de tareas. Algunos tienen un manipulador fijo que no se puede reemplazar, mientras que otros tienen un manipulador de uso general, por ejemplo, una mano humanoide. [44]
Uno de los tipos más comunes de efectores finales son las "pinzas". En su manifestación más simple, consta de sólo dos dedos que pueden abrirse y cerrarse para recoger y soltar una variedad de objetos pequeños. Los dedos pueden, por ejemplo, estar hechos de una cadena atravesada por un alambre de metal. [45] Las manos que se parecen y funcionan más como una mano humana incluyen la Mano Sombra y la mano Robonauta . [46] Las manos de complejidad media incluyen la mano de Delft . [47] [48] Las pinzas mecánicas pueden venir en varios tipos, incluidas las de fricción y las mordazas envolventes. Las mordazas de fricción utilizan toda la fuerza de la pinza para mantener el objeto en su lugar mediante fricción. Las mandíbulas envolventes sostienen el objeto en su lugar, utilizando menos fricción.
Los efectores finales de succión, impulsados por generadores de vacío, son dispositivos restrictivos [49] muy simples que pueden soportar cargas muy grandes siempre que la superficie de prensión sea lo suficientemente lisa para garantizar la succión.
Los robots de recogida y colocación para componentes electrónicos y objetos grandes, como parabrisas de automóviles, suelen utilizar efectores finales de vacío muy simples.
La succión es un tipo de efector final muy utilizado en la industria, en parte porque la conformidad natural de los efectores finales de succión suaves puede permitir que un robot sea más robusto en presencia de una percepción robótica imperfecta. Como ejemplo: consideremos el caso de un sistema de visión robótico que estima la posición de una botella de agua pero tiene 1 centímetro de error. Si bien esto puede provocar que una pinza mecánica rígida perfore la botella de agua, el efector final de succión suave puede simplemente doblarse ligeramente y adaptarse a la forma de la superficie de la botella de agua.
Algunos robots avanzados están empezando a utilizar manos totalmente humanoides, como Shadow Hand, MANUS, [50] y Schunk hand. [51] Tienen una potente inteligencia de destreza robótica (RDI), con hasta 20 grados de libertad y cientos de sensores táctiles. [52]
Para simplificar, la mayoría de los robots móviles tienen cuatro ruedas o varias orugas continuas . Algunos investigadores han intentado crear robots con ruedas más complejos, con sólo una o dos ruedas. Estos pueden tener ciertas ventajas como una mayor eficiencia y menos piezas, además de permitir que un robot navegue en lugares reducidos que un robot de cuatro ruedas no podría.
Los robots de equilibrio generalmente utilizan un giroscopio para detectar cuánto cae un robot y luego impulsan las ruedas proporcionalmente en la misma dirección, para contrarrestar la caída cientos de veces por segundo, basándose en la dinámica de un péndulo invertido . [53] Se han diseñado muchos robots de equilibrio diferentes. [54] Si bien el Segway no se considera comúnmente un robot, se puede considerar como un componente de un robot; cuando se usa como tal, Segway se refiere a ellos como RMP (Plataforma de movilidad robótica). Un ejemplo de este uso ha sido el Robonauta de la NASA que ha sido montado en un Segway. [55]
Un robot equilibrador de una rueda es una extensión de un robot equilibrador de dos ruedas para que pueda moverse en cualquier dirección 2D utilizando una bola redonda como única rueda. Recientemente se han diseñado varios robots de equilibrio de una rueda, como el " Ballbot " de la Universidad Carnegie Mellon, que tiene la altura y el ancho aproximados de una persona, y el "BallIP" de la Universidad Tohoku Gakuin . [56] Debido a su forma larga y delgada y su capacidad para maniobrar en espacios reducidos, tienen el potencial de funcionar mejor que otros robots en entornos con personas. [57]
Se han realizado varios intentos en robots que están completamente dentro de una bola esférica, ya sea haciendo girar un peso dentro de la bola, [58] [59] o rotando las capas exteriores de la esfera. [60] [61] También se los conoce como orbe robot [62] o bola robot. [63] [64]
El uso de seis ruedas en lugar de cuatro puede brindar una mejor tracción o agarre en terrenos al aire libre, como tierra rocosa o césped.
Las orugas de los tanques proporcionan incluso más tracción que un robot de seis ruedas. Las ruedas con orugas se comportan como si estuvieran hechas de cientos de ruedas, por lo que son muy comunes en robots militares y de exterior, donde el robot debe conducir en terrenos muy accidentados. Sin embargo, son difíciles de utilizar en interiores, como en alfombras y suelos lisos. Los ejemplos incluyen el robot urbano "Urbie" de la NASA. [sesenta y cinco]
Caminar es un problema difícil y dinámico de resolver. Se han creado varios robots que pueden caminar con seguridad sobre dos piernas, pero todavía no se ha creado ninguno que sea tan robusto como un ser humano. Se han realizado muchos estudios sobre la marcha inspirada por los humanos, como el laboratorio AMBER, que fue establecido en 2008 por el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Texas A&M. [66] Se han construido muchos otros robots que caminan sobre más de dos patas, debido a que estos robots son mucho más fáciles de construir. [67] [68] Los robots caminantes se pueden utilizar en terrenos irregulares, lo que proporcionaría una mejor movilidad y eficiencia energética que otros métodos de locomoción. Normalmente, los robots con dos patas pueden caminar bien sobre suelos planos y ocasionalmente pueden subir escaleras . Ninguno puede caminar sobre terreno rocoso e irregular. Algunos de los métodos que se han probado son:
El punto de momento cero (ZMP) es el algoritmo utilizado por robots como el ASIMO de Honda . La computadora a bordo del robot intenta mantener las fuerzas de inercia totales (la combinación de la gravedad de la Tierra y la aceleración y desaceleración al caminar), exactamente opuestas a la fuerza de reacción del piso (la fuerza del piso que empuja hacia atrás el pie del robot). De esta manera, las dos fuerzas se anulan, sin dejar momento (fuerza que hace que el robot gire y caiga). [69] Sin embargo, no es exactamente así como camina un ser humano, y la diferencia es obvia para los observadores humanos, algunos de los cuales han señalado que ASIMO camina como si necesitara el baño . [70] [71] [72] El algoritmo de marcha de ASIMO no es estático y se utiliza cierto equilibrio dinámico (ver más abajo). Sin embargo, todavía requiere una superficie lisa para caminar.
Varios robots, construidos en los años 1980 por Marc Raibert en el Laboratorio de Piernas del MIT , demostraron con éxito una marcha muy dinámica. Inicialmente, un robot con una sola pierna y un pie muy pequeño podía mantenerse erguido simplemente saltando. El movimiento es el mismo que el de una persona en un saltador . Cuando el robot cae hacia un lado, saltará ligeramente en esa dirección para poder agarrarse. [73] Pronto, el algoritmo se generalizó a dos y cuatro patas. Se demostró un robot bípedo corriendo e incluso realizando saltos mortales . [74] También se demostró un cuadrúpedo que podía trotar , correr, caminar y saltar. [75] Para obtener una lista completa de estos robots, consulte la página MIT Leg Lab Robots. [76]
Una forma más avanzada para que un robot camine es mediante el uso de un algoritmo de equilibrio dinámico, que es potencialmente más robusto que la técnica del Punto de Momento Cero, ya que monitorea constantemente el movimiento del robot y coloca los pies para mantener la estabilidad. [77] Esta técnica fue demostrada recientemente por el robot Dexter de Anybots , [78] que es tan estable que incluso puede saltar. [79] Otro ejemplo es el TU Delft Flame .
Quizás el enfoque más prometedor utilice la dinámica pasiva, donde el impulso del movimiento de las extremidades se utiliza para lograr una mayor eficiencia . Se ha demostrado que mecanismos humanoides totalmente sin energía pueden caminar cuesta abajo, utilizando sólo la gravedad para impulsarse. Utilizando esta técnica, un robot sólo necesita suministrar una pequeña cantidad de potencia motriz para caminar sobre una superficie plana o un poco más para subir una colina . Esta técnica promete hacer que los robots andantes sean al menos diez veces más eficientes que los andadores ZMP, como ASIMO. [80] [81]
Un avión de pasajeros moderno es esencialmente un robot volador , con dos humanos para manejarlo. El piloto automático puede controlar el avión en cada etapa del viaje, incluido el despegue, el vuelo normal e incluso el aterrizaje. [82] Otros robots voladores están deshabitados y se conocen como vehículos aéreos no tripulados (UAV). Pueden ser más pequeños y livianos sin un piloto humano a bordo y volar a territorio peligroso para misiones de vigilancia militar. Algunos incluso pueden disparar contra objetivos bajo su mando. También se están desarrollando vehículos aéreos no tripulados que pueden disparar contra objetivos automáticamente, sin necesidad de una orden humana. Otros robots voladores incluyen misiles de crucero , el Entomopter y el microrobot helicóptero Epson . Robots como Air Penguin, Air Ray y Air Jelly tienen cuerpos más ligeros que el aire, son propulsados por paletas y guiados por un sonar.
Los BFR se inspiran en mamíferos, aves o insectos voladores. Los BFR pueden tener alas batientes, que generan sustentación y empuje, o pueden ser accionados por hélice. Los BFR con alas batientes tienen mayor eficiencia de carrera, mayor maniobrabilidad y menor consumo de energía en comparación con los BFR accionados por hélice. [83] Los BFR inspirados en mamíferos y aves comparten características de vuelo y consideraciones de diseño similares. Por ejemplo, los BFR inspirados tanto en mamíferos como en aves minimizan el aleteo de los bordes y la curvatura de las puntas de las alas inducida por la presión al aumentar la rigidez del borde y las puntas de las alas. Los BFR inspirados en mamíferos e insectos pueden ser resistentes a los impactos, lo que los hace útiles en entornos desordenados.
Los BFR inspirados en mamíferos suelen inspirarse en los murciélagos, pero la ardilla voladora también ha inspirado un prototipo. [84] Ejemplos de BFR inspirados en murciélagos incluyen Bat Bot [85] y el DALER. [86] Los BFR inspirados en mamíferos pueden diseñarse para que sean multimodales; por lo tanto, son capaces tanto de vuelo como de movimiento terrestre. Para reducir el impacto del aterrizaje, se pueden implementar amortiguadores a lo largo de las alas. [86] Alternativamente, el BFR puede inclinarse y aumentar la cantidad de resistencia que experimenta. [84] Al aumentar la fuerza de arrastre, el BFR desacelerará y minimizará el impacto al aterrizar. También se pueden implementar diferentes patrones de marcha en tierra. [84]
Los BFR inspirados en aves pueden inspirarse en aves rapaces, gaviotas y todo lo demás. Los BFR inspirados en pájaros se pueden emplumar para aumentar el ángulo de ataque sobre el cual el prototipo puede operar antes de entrar en pérdida. [87] Las alas de los BFR inspirados en pájaros permiten la deformación en el plano, y la deformación del ala en el plano se puede ajustar para maximizar la eficiencia del vuelo dependiendo de la marcha del vuelo. [87] Un ejemplo de un BFR inspirado en aves rapaces es el prototipo de Savastano et al. [88] El prototipo tiene alas batientes totalmente deformables y es capaz de transportar una carga útil de hasta 0,8 kg mientras realiza un ascenso parabólico, un descenso pronunciado y una recuperación rápida. El prototipo inspirado en la gaviota de Grant et al. imita con precisión la rotación del codo y la muñeca de las gaviotas, y encuentran que la generación de elevación se maximiza cuando las deformaciones del codo y la muñeca son opuestas pero iguales. [89]
Los BFR inspirados en insectos suelen inspirarse en escarabajos o libélulas. Un ejemplo de un BFR inspirado en un escarabajo es el prototipo de Phan y Park, [90] y un BFR inspirado en una libélula es el prototipo de Hu et al. [91] La frecuencia de aleteo de los BFR inspirados en insectos es mucho mayor que la de otros BFR; esto se debe a la aerodinámica del vuelo de los insectos . [92] Los BFR inspirados en insectos son mucho más pequeños que los inspirados en mamíferos o aves, por lo que son más adecuados para ambientes densos.
Una clase de robots que están inspirados biológicamente, pero que no intentan imitar la biología, son creaciones como el Entomopter . Financiado por DARPA , NASA , la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y el Instituto de Investigación Tecnológica de Georgia y patentado por el Prof. Robert C. Michelson para misiones terrestres encubiertas, así como para vuelos en la atmósfera inferior de Marte , el sistema de propulsión de vuelo Entomopter utiliza un número de Reynolds bajo. alas similares a las de la polilla halcón ( Manduca sexta ), pero las aletea en una "forma de ala x opuesta" no tradicional mientras "sopla" la superficie para mejorar la sustentación según el efecto Coandă , así como para controlar la actitud del vehículo y dirección. Los gases residuales del sistema de propulsión no sólo facilitan la aerodinámica del ala inflada, sino que también sirven para generar emisiones ultrasónicas como las de un murciélago para evitar obstáculos. El Entomopter y otros robots de inspiración biológica aprovechan las características de los sistemas biológicos, pero no intentan crear análogos mecánicos.
Se han desarrollado con éxito varios robots serpiente . Imitando la forma en que se mueven las serpientes reales, estos robots pueden navegar en espacios muy reducidos, lo que significa que algún día podrían usarse para buscar personas atrapadas en edificios derrumbados. [93] El robot serpiente japonés ACM-R5 [94] puede incluso navegar tanto en tierra como en agua. [95]
Se ha desarrollado una pequeña cantidad de robots patinadores , uno de los cuales es un dispositivo multimodo para caminar y patinar. Tiene cuatro patas, con ruedas sin motor, que pueden caminar o rodar. [96] Otro robot, Plen, puede usar una patineta en miniatura o patines y patinar sobre un escritorio. [97]
Se han utilizado varios enfoques diferentes para desarrollar robots que tengan la capacidad de escalar superficies verticales. Un enfoque imita los movimientos de un escalador humano en una pared con protuberancias; ajustando el centro de masa y moviendo cada extremidad por turno para ganar influencia. Un ejemplo de esto es Capuchin, [98] construido por Ruixiang Zhang en la Universidad de Stanford, California. Otro enfoque utiliza el método especializado de los geckos trepadores de paredes , que pueden correr sobre superficies lisas como vidrio vertical. Ejemplos de este enfoque incluyen Wallbot [99] y Stickybot. [100]
El Technology Daily de China informó el 15 de noviembre de 2008 que Li Hiu Yeung y su grupo de investigación de New Concept Aircraft ( Zhuhai ) Co., Ltd. habían desarrollado con éxito un robot gecko biónico llamado " Speedy Freelander ". Según Yeung, el robot gecko podría subir y bajar rápidamente por una variedad de paredes de edificios, navegar a través del suelo y fisuras de las paredes, y caminar boca abajo sobre el techo. También pudo adaptarse a superficies de vidrio liso, paredes rugosas, pegajosas o polvorientas, así como a diversos tipos de materiales metálicos. También podría identificar y sortear obstáculos automáticamente. Su flexibilidad y velocidad eran comparables a las de un gecko natural. Un tercer enfoque consiste en imitar el movimiento de una serpiente trepando por un poste. [40]
Se calcula que al nadar algunos peces pueden alcanzar una eficiencia propulsora superior al 90%. [101] Además, pueden acelerar y maniobrar mucho mejor que cualquier barco o submarino artificial y producir menos ruido y perturbaciones en el agua. Por eso, a muchos investigadores que estudian robots submarinos les gustaría copiar este tipo de locomoción. [102] Ejemplos notables son el pez robótico G9 de informática de la Universidad de Essex , [103] y el Robot Tuna construido por el Instituto de Robótica de Campo, para analizar y modelar matemáticamente el movimiento tunniforme . [104] El Aqua Penguin, [105] diseñado y construido por Festo de Alemania, copia la forma aerodinámica y la propulsión mediante "aletas" delanteras de los pingüinos . Festo también ha construido Aqua Ray y Aqua Jelly, que emulan la locomoción de las mantarrayas y las medusas, respectivamente.
En 2014, iSplash -II fue desarrollado por el estudiante de doctorado Richard James Clapham y el profesor Huosheng Hu de la Universidad de Essex. Fue el primer pez robótico capaz de superar a los peces carangiformes reales en términos de velocidad máxima promedio (medida en longitudes del cuerpo/segundo) y resistencia, el tiempo que se mantiene la velocidad máxima. [106] Esta estructura alcanzó velocidades de natación de 11,6BL/s (es decir, 3,7 m/s). [107] La primera construcción, iSplash -I (2014), fue la primera plataforma robótica que aplicó un movimiento de natación carangiforme de longitud completa del cuerpo que aumentó la velocidad de natación en un 27% con respecto al enfoque tradicional de una forma de onda posterior confinada. [108]
También se han desarrollado robots veleros para realizar mediciones en la superficie del océano. Un robot de velero típico es Vaimos [109] construido por IFREMER y ENSTA-Bretagne. Dado que la propulsión de los robots de veleros utiliza el viento, la energía de las baterías sólo se utiliza para el ordenador, para la comunicación y para los actuadores (para sintonizar el timón y la vela). Si el robot está equipado con paneles solares, en teoría podría navegar para siempre. Las dos principales competiciones de robots para veleros son la WRSC , que se celebra cada año en Europa, y el Sailbot.
La estructura mecánica de un robot debe controlarse para realizar tareas. [110] El control de un robot implica tres fases distintas: percepción , procesamiento y acción ( paradigmas robóticos ). [111] Los sensores proporcionan información sobre el entorno o el propio robot (por ejemplo, la posición de sus articulaciones o su efector final). Luego, esta información se procesa para almacenarla o transmitirla y calcular las señales apropiadas a los actuadores ( motores ), que mueven la estructura mecánica para lograr el movimiento coordinado requerido o las acciones de fuerza.
La fase de procesamiento puede variar en complejidad. A nivel reactivo, puede traducir la información bruta del sensor directamente en comandos del actuador (por ejemplo, disparar puertas electrónicas de potencia del motor basándose directamente en las señales de retroalimentación del codificador para lograr el par/velocidad requerido del eje). La fusión de sensores y los modelos internos pueden usarse en primer lugar para estimar parámetros de interés (por ejemplo, la posición de la pinza del robot) a partir de datos de sensores ruidosos. A veces, de estas estimaciones se infiere una tarea inmediata (como mover la pinza en una dirección determinada hasta que se detecta un objeto con un sensor de proximidad). Las técnicas de la teoría del control se utilizan generalmente para convertir las tareas de nivel superior en comandos individuales que accionan los actuadores, utilizando con mayor frecuencia modelos cinemáticos y dinámicos de la estructura mecánica. [110] [111] [112]
En escalas de tiempo más largas o con tareas más sofisticadas, es posible que el robot necesite construir y razonar con un modelo "cognitivo". Los modelos cognitivos intentan representar el robot, el mundo y cómo interactúan ambos. El reconocimiento de patrones y la visión por computadora se pueden utilizar para rastrear objetos. [110] Se pueden utilizar técnicas cartográficas para construir mapas del mundo. Finalmente, se pueden utilizar la planificación del movimiento y otras técnicas de inteligencia artificial para descubrir cómo actuar. Por ejemplo, un planificador puede descubrir cómo realizar una tarea sin chocar con obstáculos, caerse, etc.
Los sistemas de control robótico comerciales modernos son muy complejos, integran múltiples sensores y efectores, tienen muchos grados de libertad (DOF) de interacción y requieren interfaces de operador, herramientas de programación y capacidades en tiempo real. [111] A menudo están interconectados a redes de comunicación más amplias y en muchos casos ahora están habilitados para IoT y son móviles. [113] El progreso hacia robots interconectados basados en sensores de arquitectura abierta, en capas, fáciles de usar e 'inteligentes' ha surgido de conceptos anteriores relacionados con los sistemas de fabricación flexibles (FMS), y existen varias arquitecturas de referencia 'abiertas o 'híbridas' que ayudan a los desarrolladores. Se han propuesto nociones anteriores de sistemas de control de robots "cerrados" para ir más allá de las nociones tradicionales de control de robots. [112] Se dice que los controladores de arquitectura abierta son más capaces de satisfacer los crecientes requisitos de una amplia gama de usuarios de robots, incluidos desarrolladores de sistemas, usuarios finales y científicos investigadores, y están mejor posicionados para ofrecer conceptos robóticos avanzados relacionados con la Industria 4.0 . [112] Además de utilizar muchas características establecidas de los controladores de robots, como el control de posición, velocidad y fuerza de los efectores finales, también permiten la interconexión de IoT y la implementación de técnicas de control y fusión de sensores más avanzadas, incluido el control adaptativo, el control difuso y Control basado en redes neuronales artificiales (RNA). [112] Cuando se implementan en tiempo real, estas técnicas pueden mejorar potencialmente la estabilidad y el rendimiento de los robots que operan en entornos desconocidos o inciertos al permitir que los sistemas de control aprendan y se adapten a los cambios ambientales. [114] Hay varios ejemplos de arquitecturas de referencia para controladores de robots, y también ejemplos de implementaciones exitosas de controladores de robots reales desarrollados a partir de ellos. Michael Short y sus colegas de la Universidad de Sunderland en el Reino Unido desarrollaron un ejemplo de una arquitectura de referencia genérica y una implementación de controlador y robot de arquitectura abierta interconectada asociada (en la foto de la derecha). [112] El robot se utilizó en una serie de estudios de investigación y desarrollo, incluida la implementación de prototipos de nuevos métodos avanzados e inteligentes de control y mapeo del entorno en tiempo real. [114] [115]
Los sistemas de control también pueden tener distintos niveles de autonomía.
Otra clasificación tiene en cuenta la interacción entre el control humano y los movimientos de la máquina.
La visión por computadora es la ciencia y la tecnología de las máquinas que ven. Como disciplina científica, la visión por computadora se ocupa de la teoría detrás de los sistemas artificiales que extraen información de imágenes. Los datos de la imagen pueden adoptar muchas formas, como secuencias de vídeo y vistas de cámaras.
En la mayoría de las aplicaciones prácticas de visión por computadora, las computadoras están preprogramadas para resolver una tarea particular, pero los métodos basados en el aprendizaje son cada vez más comunes.
Los sistemas de visión por computadora se basan en sensores de imagen que detectan la radiación electromagnética, que generalmente se presenta en forma de luz visible o luz infrarroja . Los sensores están diseñados utilizando la física del estado sólido . El proceso por el cual la luz se propaga y se refleja en las superficies se explica mediante la óptica . Los sensores de imagen sofisticados incluso requieren la mecánica cuántica para proporcionar una comprensión completa del proceso de formación de imágenes. Los robots también pueden equiparse con múltiples sensores de visión para poder calcular mejor la sensación de profundidad en el entorno. Al igual que los ojos humanos, los "ojos" de los robots también deben poder centrarse en un área particular de interés y también adaptarse a las variaciones en las intensidades de la luz.
Existe un subcampo dentro de la visión por computadora donde los sistemas artificiales están diseñados para imitar el procesamiento y comportamiento del sistema biológico , en diferentes niveles de complejidad. Además, algunos de los métodos basados en el aprendizaje desarrollados dentro de la visión por computadora tienen experiencia en biología.
Aunque un porcentaje significativo de los robots en funcionamiento hoy en día están controlados por humanos o operan en un entorno estático, existe un interés creciente en robots que puedan operar de forma autónoma en un entorno dinámico. Estos robots requieren alguna combinación de hardware y software de navegación para poder atravesar su entorno. En particular, eventos imprevistos (p. ej. personas y otros obstáculos que no están estacionarios) pueden causar problemas o colisiones. Algunos robots muy avanzados, como ASIMO y Meinü, tienen hardware y software de navegación robótica especialmente buenos. Además, los coches autocontrolados , el coche sin conductor de Ernst Dickmanns y los participantes en el DARPA Grand Challenge , son capaces de detectar bien el entorno y posteriormente tomar decisiones de navegación basadas en esta información, incluso mediante un enjambre de robots autónomos. [118] La mayoría de estos robots emplean un dispositivo de navegación GPS con puntos de referencia, junto con radar , a veces combinados con otros datos sensoriales como lidar , cámaras de video y sistemas de guía inercial para una mejor navegación entre puntos de referencia.
El estado del arte en inteligencia sensorial para robots tendrá que avanzar en varios órdenes de magnitud si queremos que los robots que trabajan en nuestros hogares vayan más allá de limpiar el suelo con la aspiradora. Para que los robots funcionen eficazmente en los hogares y otros entornos no industriales, la forma en que se les indique que realicen su trabajo y, especialmente, cómo se les ordenará que se detengan, será de vital importancia. Las personas que interactúan con ellos pueden tener poca o ninguna formación en robótica, por lo que cualquier interfaz deberá ser extremadamente intuitiva. Los autores de ciencia ficción también suelen asumir que los robots eventualmente serán capaces de comunicarse con los humanos a través del habla , gestos y expresiones faciales , en lugar de una interfaz de línea de comandos . Aunque el habla sería la forma más natural de comunicarse para el ser humano, no es natural para el robot. Probablemente pasará mucho tiempo antes de que los robots interactúen con tanta naturalidad como el ficticio C-3PO , o Data of Star Trek, Next Generation . Aunque el estado actual de la robótica no puede cumplir con los estándares de estos robots de ciencia ficción, los personajes robóticos de los medios (por ejemplo, Wall-E, R2-D2) pueden provocar simpatías en la audiencia que aumentan la disposición de la gente a aceptar robots reales en el futuro. [119] También es probable que aumente la aceptación de los robots sociales si las personas pueden conocer un robot social en las condiciones adecuadas. Los estudios han demostrado que interactuar con un robot mirándolo, tocándolo o incluso imaginando interactuar con él puede reducir los sentimientos negativos que algunas personas tienen hacia los robots antes de interactuar con ellos. [120] Sin embargo, si los sentimientos negativos preexistentes son especialmente fuertes, interactuar con un robot puede aumentar esos sentimientos negativos hacia los robots. [120]
Interpretar el flujo continuo de sonidos provenientes de un ser humano, en tiempo real , es una tarea difícil para una computadora, principalmente debido a la gran variabilidad del habla . [121] La misma palabra, dicha por la misma persona, puede sonar diferente dependiendo de la acústica local , el volumen , la palabra anterior, si el hablante está resfriado o no , etc. Se vuelve aún más difícil cuando el hablante tiene un acento diferente . [122] Sin embargo, se han logrado grandes avances en este campo desde que Davis, Biddulph y Balashek diseñaron el primer "sistema de entrada de voz" que reconocía "diez dígitos pronunciados por un solo usuario con 100% de precisión" en 1952. [123] Actualmente , los mejores sistemas pueden reconocer el habla continua y natural, hasta 160 palabras por minuto, con una precisión del 95%. [124] Con la ayuda de la inteligencia artificial, hoy en día las máquinas pueden utilizar la voz de las personas para identificar sus emociones, como satisfacción o enojo. [125]
Existen otros obstáculos a la hora de permitir que el robot utilice la voz para interactuar con los humanos. Por razones sociales, la voz sintética resulta subóptima como medio de comunicación, [126] por lo que es necesario desarrollar el componente emocional de la voz robótica a través de diversas técnicas. [127] [128] Una ventaja de la ramificación difónica es que la emoción que el robot está programado para proyectar se puede transmitir en la cinta de voz o fonema, ya preprogramada en los medios de voz. Uno de los primeros ejemplos es un robot docente llamado Leachim desarrollado en 1974 por Michael J. Freeman . [129] [130] Leachim pudo convertir la memoria digital en discurso verbal rudimentario en discos de computadora pregrabados. [131] Fue programado para enseñar a estudiantes en el Bronx, Nueva York . [131]
Uno puede imaginarse, en el futuro, explicarle a un robot chef cómo hacer un pastelito o preguntarle direcciones a un robot policía. En ambos casos, hacer gestos con las manos ayudaría en las descripciones verbales. En el primer caso, el robot reconocería los gestos realizados por el humano y quizás los repetiría para confirmarlos. En el segundo caso, el robot policía haría un gesto para indicar "calle abajo, luego gire a la derecha". Es probable que los gestos formen parte de la interacción entre humanos y robots. [132] Se han desarrollado muchos sistemas para reconocer los gestos de las manos humanas. [133]
Las expresiones faciales pueden proporcionar información rápida sobre el progreso de un diálogo entre dos humanos y pronto podrán hacer lo mismo con humanos y robots. Hanson Robotics ha construido caras robóticas utilizando su polímero elástico llamado Frubber , que permite una gran cantidad de expresiones faciales debido a la elasticidad del revestimiento facial de goma y los motores subterráneos integrados ( servos ). [134] El revestimiento y los servos están construidos sobre una calavera de metal . Un robot debe saber acercarse a un humano, a juzgar por su expresión facial y lenguaje corporal . El hecho de que la persona esté feliz, asustada o con aspecto loco afecta el tipo de interacción que se espera del robot. Del mismo modo, robots como Kismet y la incorporación más reciente, Nexi [135], pueden producir una variedad de expresiones faciales, lo que les permite tener intercambios sociales significativos con los humanos. [136]
También se pueden generar emociones artificiales , compuestas por una secuencia de expresiones faciales o gestos. Como se puede ver en la película Final Fantasy: The Spirits Within , la programación de estas emociones artificiales es compleja y requiere una gran cantidad de observación humana. Para simplificar esta programación en la película, se crearon ajustes preestablecidos junto con un programa de software especial. Esto redujo la cantidad de tiempo necesario para hacer la película. Estos ajustes preestablecidos posiblemente podrían transferirse para su uso en robots de la vida real. Un ejemplo de un robot con emociones artificiales es Robin the Robot desarrollado por una empresa armenia de TI, Expper Technologies, que utiliza interacción entre pares basada en inteligencia artificial. Su tarea principal es lograr el bienestar emocional, es decir, superar el estrés y la ansiedad. Robin fue entrenado para analizar expresiones faciales y usar su rostro para mostrar sus emociones dado el contexto. El robot fue probado por niños en clínicas estadounidenses y las observaciones muestran que Robin aumentó el apetito y la alegría de los niños después de reunirse y hablar. [137]
Muchos de los robots de ciencia ficción tienen una personalidad , algo que puede ser deseable o no en los robots comerciales del futuro. [138] Sin embargo, los investigadores están tratando de crear robots que parezcan tener una personalidad: [139] [140] es decir, utilizan sonidos, expresiones faciales y lenguaje corporal para tratar de transmitir un estado interno, que puede ser alegría, tristeza, o miedo. Un ejemplo comercial es Pleo , un dinosaurio robot de juguete que puede exhibir varias emociones aparentes. [141]
La proxémica es el estudio del espacio personal, y los sistemas HRI pueden intentar modelar y trabajar con sus conceptos para las interacciones humanas.
Gran parte de la investigación en robótica no se centra en tareas industriales específicas, sino en investigaciones sobre nuevos tipos de robots , formas alternativas de pensar o diseñar robots y nuevas formas de fabricarlos. Otras investigaciones, como el proyecto Cyberflora del MIT , son casi exclusivamente académicas.
Para describir el nivel de avance de un robot, se puede utilizar el término "Generación de Robots". Este término fue acuñado por el profesor Hans Moravec , investigador científico principal del Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon, al describir la evolución futura de la tecnología robótica. Los robots de primera generación , predijo Moravec en 1997, deberían tener una capacidad intelectual comparable quizás a la de un lagarto y deberían estar disponibles en 2010. Sin embargo, como el robot de primera generación sería incapaz de aprender , Moravec predice que el robot de segunda generación sería un mejora con respecto al primero y estará disponible en 2020, con una inteligencia tal vez comparable a la de un mouse . El robot de tercera generación debería tener una inteligencia comparable a la de un mono . Aunque los robots de cuarta generación , robots con inteligencia humana , predice el profesor Moravec, serían posibles, no predice que esto suceda antes de 2040 o 2050 aproximadamente. [142]
El estudio del movimiento se puede dividir en cinemática y dinámica . [143] La cinemática directa o cinemática directa se refiere al cálculo de la posición, orientación, velocidad y aceleración del efector final cuando se conocen los valores de las articulaciones correspondientes. La cinemática inversa se refiere al caso opuesto en el que los valores conjuntos requeridos se calculan para valores de efector final dados, como se hace en la planificación de trayectoria. Algunos aspectos especiales de la cinemática incluyen el manejo de la redundancia (diferentes posibilidades de realizar el mismo movimiento), la evitación de colisiones y la evitación de singularidades . Una vez calculadas mediante cinemática todas las posiciones, velocidades y aceleraciones relevantes , se utilizan métodos del campo de la dinámica para estudiar el efecto de las fuerzas sobre estos movimientos. La dinámica directa se refiere al cálculo de las aceleraciones del robot una vez conocidas las fuerzas aplicadas. La dinámica directa se utiliza en simulaciones por computadora del robot. La dinámica inversa se refiere al cálculo de las fuerzas del actuador necesarias para crear una aceleración del efector final prescrita. Esta información se puede utilizar para mejorar los algoritmos de control de un robot.
En cada área mencionada anteriormente, los investigadores se esfuerzan por desarrollar nuevos conceptos y estrategias, mejorar los existentes y mejorar la interacción entre estas áreas. Para ello, se deben desarrollar e implementar criterios para el rendimiento "óptimo" y formas de optimizar el diseño, la estructura y el control de los robots.
La investigación en robótica de código abierto busca estándares para definir y métodos para diseñar y construir robots de modo que cualquiera pueda reproducirlos fácilmente. La investigación incluye definiciones legales y técnicas; buscar herramientas y materiales alternativos para reducir costos y simplificar las construcciones; y crear interfaces y estándares para que los diseños funcionen juntos. La investigación sobre usabilidad humana también investiga cómo documentar mejor las construcciones a través de instrucciones visuales, de texto o de video.
Los robots evolutivos son una metodología que utiliza la computación evolutiva para ayudar a diseñar robots, especialmente la forma del cuerpo, o controladores de movimiento y comportamiento . De manera similar a la evolución natural , a una gran población de robots se le permite competir de alguna manera, o se mide su capacidad para realizar una tarea mediante una función de aptitud . Aquellos que obtienen peores resultados son eliminados de la población y reemplazados por un nuevo conjunto, que tiene nuevos comportamientos basados en los de los ganadores. Con el tiempo, la población mejora y, finalmente, puede aparecer un robot satisfactorio. Esto sucede sin que los investigadores programen directamente los robots. Los investigadores utilizan este método tanto para crear mejores robots [144] como para explorar la naturaleza de la evolución. [145] Debido a que el proceso a menudo requiere la simulación de muchas generaciones de robots, [146] esta técnica puede ejecutarse total o principalmente en simulación , utilizando un paquete de software de simulación de robots , y luego probarse en robots reales una vez que los algoritmos evolucionados sean lo suficientemente buenos. [147] Actualmente, hay alrededor de 10 millones de robots industriales trabajando en todo el mundo, y Japón es el principal país con una alta densidad de utilización de robots en su industria manufacturera. [ cita necesaria ]
La biónica y la biomimética aplican la fisiología y los métodos de locomoción de los animales al diseño de robots. Por ejemplo, el diseño de BionicKangaroo se basó en la forma en que saltan los canguros.
La robótica de enjambre es un enfoque para la coordinación de múltiples robots como un sistema que consta de una gran cantidad de robots físicos, en su mayoría simples. ″En un enjambre de robots, el comportamiento colectivo de los robots resulta de interacciones locales entre los robots y entre los robots y el entorno en el que actúan.″* [118]
Se han realizado algunas investigaciones sobre si los algoritmos robóticos se pueden ejecutar más rápidamente en computadoras cuánticas que en computadoras digitales . A esta área se la ha denominado robótica cuántica. [148]
Los principales lugares de celebración de la investigación en robótica son las conferencias internacionales ICRA e IROS.
Los ingenieros en robótica diseñan robots, los mantienen, desarrollan nuevas aplicaciones para ellos y realizan investigaciones para ampliar el potencial de la robótica. [151] Los robots se han convertido en una herramienta educativa popular en algunas escuelas intermedias y secundarias, particularmente en algunas partes de los EE. UU., [152] así como en numerosos campamentos de verano para jóvenes, lo que ha despertado el interés en la programación, la inteligencia artificial y la robótica entre los estudiantes.
La robótica es un componente esencial en muchos entornos de fabricación modernos. A medida que las fábricas aumentan el uso de robots, el número de empleos relacionados con la robótica crece y se ha observado que aumenta constantemente. [153] El empleo de robots en las industrias ha aumentado la productividad y el ahorro de eficiencia y generalmente se considera una inversión a largo plazo para los benefactores. Un estudio encontró que el 47 por ciento de los empleos estadounidenses están en riesgo de automatización "durante un número no especificado de años". [154] Estas afirmaciones han sido criticadas sobre la base de que la política social, no la IA, es la causa del desempleo. [155] En un artículo de 2016 en The Guardian, Stephen Hawking declaró: "La automatización de las fábricas ya ha diezmado los empleos en la manufactura tradicional, y es probable que el aumento de la inteligencia artificial extienda esta destrucción de empleo a las clases medias, con solo los más funciones de cuidado, creatividad o supervisión restantes". [156]
Según un informe de GlobalData de septiembre de 2021, la industria de la robótica valía 45.000 millones de dólares en 2020 y, para 2030, habrá crecido a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 29% hasta los 568.000 millones de dólares, impulsando puestos de trabajo en la robótica y las industrias relacionadas. [157]
Un documento de debate elaborado por EU-OSHA destaca cómo la difusión de la robótica presenta tanto oportunidades como desafíos para la seguridad y salud en el trabajo (SST). [158]
Los mayores beneficios en materia de SST derivados del uso más amplio de la robótica deberían ser la sustitución de personas que trabajan en entornos insalubres o peligrosos. En el espacio, la defensa, la seguridad o la industria nuclear, pero también en la logística, el mantenimiento y la inspección, los robots autónomos son particularmente útiles para sustituir a los trabajadores humanos que realizan tareas sucias, aburridas o inseguras, evitando así la exposición de los trabajadores a agentes y condiciones peligrosas y reduciendo los riesgos físicos, ergonómicos y psicosociales. Por ejemplo, los robots ya se utilizan para realizar tareas repetitivas y monótonas, para manipular material radiactivo o para trabajar en atmósferas explosivas. En el futuro, los robots realizarán muchas otras tareas altamente repetitivas, arriesgadas o desagradables en una variedad de sectores como la agricultura, la construcción, el transporte, la atención sanitaria, la extinción de incendios o los servicios de limpieza. [159]
Además, hay ciertas habilidades para las cuales los humanos estarán mejor preparados que las máquinas durante algún tiempo y la pregunta es cómo lograr la mejor combinación de habilidades humanas y robóticas. Las ventajas de la robótica incluyen trabajos pesados con precisión y repetibilidad, mientras que las ventajas de los humanos incluyen creatividad, toma de decisiones, flexibilidad y adaptabilidad. Esta necesidad de combinar habilidades óptimas ha dado lugar a que robots colaborativos y humanos compartan más estrechamente un espacio de trabajo común y ha llevado al desarrollo de nuevos enfoques y estándares para garantizar la seguridad de la "fusión hombre-robot". Algunos países europeos están incluyendo la robótica en sus programas nacionales e intentando promover una cooperación segura y flexible entre robots y operadores para lograr una mejor productividad. Por ejemplo, el Instituto Federal Alemán de Seguridad y Salud en el Trabajo ( BAuA ) organiza talleres anuales sobre el tema "Colaboración entre humanos y robots".
En el futuro, la cooperación entre robots y humanos se diversificará: los robots aumentarán su autonomía y la colaboración entre humanos y robots alcanzará formas completamente nuevas. Será necesario revisar los enfoques y normas técnicas actuales [160] [161] destinados a proteger a los empleados del riesgo de trabajar con robots colaborativos.
Una gran experiencia de usuario predice las necesidades, experiencias, comportamientos, lenguaje y habilidades cognitivas, y otros factores de cada grupo de usuarios. Luego utiliza estos conocimientos para producir un producto o solución que, en última instancia, sea útil y utilizable. Para los robots, la experiencia del usuario comienza con la comprensión de la tarea y el entorno previstos para el robot, considerando al mismo tiempo cualquier posible impacto social que el robot pueda tener en las operaciones humanas y las interacciones con él. [162]
Define esa comunicación como la transmisión de información a través de señales, que son elementos percibidos a través del tacto, el sonido, el olfato y la vista. [163] El autor afirma que la señal conecta al emisor con el receptor y consta de tres partes: la señal en sí, a qué se refiere y el intérprete. Las posturas y gestos corporales, las expresiones faciales, los movimientos de manos y cabeza son parte del comportamiento y la comunicación no verbal. Los robots no son una excepción cuando se trata de interacción entre humanos y robots. Por lo tanto, los humanos utilizan sus comportamientos verbales y no verbales para comunicar sus características definitorias. De manera similar, los robots sociales necesitan esta coordinación para realizar comportamientos similares a los humanos.
La robótica es un campo interdisciplinario que combina principalmente la ingeniería mecánica y la informática , pero también se basa en la ingeniería electrónica y otras materias. La forma habitual de desarrollar una carrera en robótica es completar una licenciatura en una de estas materias establecidas, seguida de una licenciatura (maestría) en Robótica. A los títulos de posgrado generalmente se unen estudiantes provenientes de todas las disciplinas contribuyentes, e incluyen la familiarización con materias relevantes de nivel universitario de cada una de ellas, seguida de estudios especializados en temas de robótica pura que se basan en ellos. Como materia interdisciplinaria, los programas de posgrado en robótica tienden a depender especialmente de que los estudiantes trabajen y aprendan juntos y compartan sus conocimientos y habilidades de sus primeros títulos de disciplina de origen.
Las carreras en la industria de la robótica siguen el mismo patrón: la mayoría de los robóticos trabajan como parte de equipos interdisciplinarios de especialistas de estas disciplinas locales, seguidos de títulos de posgrado en robótica que les permiten trabajar juntos. Los trabajadores suelen seguir identificándose como miembros de sus disciplinas de origen que trabajan en robótica, en lugar de "robóticos". Esta estructura se ve reforzada por la naturaleza de algunas profesiones de ingeniería, que otorgan el estatus de ingeniero colegiado a miembros de disciplinas locales en lugar de a la robótica en su conjunto.
Se prevé ampliamente que las carreras de robótica crecerán durante el siglo XXI, a medida que los robots reemplacen más trabajo humano manual e intelectual. Los trabajadores que pierden sus empleos debido a la robótica pueden estar en buenas condiciones para volver a capacitarse para construir y mantener estos robots, utilizando sus conocimientos y habilidades específicos de su dominio.
En 1948, Norbert Wiener formuló los principios de la cibernética , la base de la robótica práctica.
Los robots totalmente autónomos no aparecieron hasta la segunda mitad del siglo XX. El primer robot programable y operado digitalmente, el Unimate , se instaló en 1961 para levantar piezas de metal calientes de una máquina de fundición a presión y apilarlas. Los robots comerciales e industriales están muy extendidos hoy en día y se utilizan para realizar trabajos de forma más económica, más precisa y más fiable que los humanos. También se les emplea en algunos trabajos que son demasiado sucios, peligrosos o aburridos para ser adecuados para los humanos. Los robots se utilizan ampliamente en la fabricación , el ensamblaje, el embalaje y embalaje, la minería, el transporte, la exploración terrestre y espacial , la cirugía, [164] armamento, la investigación de laboratorio , la seguridad y la producción en masa de bienes industriales y de consumo . [165]
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