La telerobótica es el área de la robótica que se ocupa del control de robots semiautónomos a distancia, utilizando principalmente televisión , redes inalámbricas (como Wi-Fi , Bluetooth y Deep Space Network ) o conexiones atadas. Es una combinación de dos grandes subcampos, que son la teleoperación y la telepresencia .
La teleoperación indica el funcionamiento de una máquina a distancia. Tiene un significado similar a la frase "control remoto", pero generalmente se encuentra en entornos de investigación, académicos y técnicos. Se asocia más comúnmente con la robótica y los robots móviles, pero se puede aplicar a una amplia gama de circunstancias en las que una persona opera un dispositivo o máquina a distancia. [1]
Teleoperación es el término más estándar, utilizado tanto en comunidades técnicas como de investigación, para referirse a la operación a distancia. Esto se opone a la " telepresencia ", que se refiere al subconjunto de sistemas telerobóticos 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 permitió a los operadores sentirse presentes en un entorno remoto a través de todos los sentidos primarios (vista, oído y tacto) fue el sistema de Accesorios Virtuales desarrollado en los Laboratorios de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. a principios de los años 1990. El sistema permitió a los operadores realizar tareas diestras (insertar clavijas en agujeros) de forma remota, de modo que el operador sentiría como si estuviera insertando las clavijas cuando en realidad era un robot realizando la tarea de forma remota. [2] [3] [4]
Un telemanipulador (o teleoperador ) es un dispositivo controlado remotamente por un operador humano. En casos sencillos, las acciones de mando del operador que lo controla corresponden directamente a acciones en el dispositivo controlado, como por ejemplo en un modelo de avión controlado por radio o en un vehículo de inmersión profunda atado. Cuando los retrasos en las comunicaciones hagan que el control directo sea poco práctico (como en el caso de un rover planetario remoto), o se desee reducir la carga de trabajo del operador (como en un avión espía o de ataque controlado remotamente), el dispositivo no se controlará directamente, sino que se le ordenará que siga una ruta especificada. A niveles cada vez mayores de sofisticación, el dispositivo puede funcionar de forma algo independiente en cuestiones como la evitación de obstáculos, algo que también se emplea habitualmente en los rovers planetarios.
Los dispositivos diseñados para permitir al operador controlar un robot a distancia a veces se denominan robótica telequérica.
Dos componentes principales de la telerobótica 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 " Waldo " de Robert A. Heinlein de 1942 ), no ha resultado fructífera ya que la velocidad, la resolución y el ancho de banda se han reducido recientemente. adecuado para la tarea de poder controlar la cámara del robot de una manera significativa. Usando una pantalla montada en la cabeza , el control de la cámara se puede facilitar siguiendo la cabeza como se muestra en la siguiente figura.
Esto sólo funciona si el usuario se siente cómodo con la latencia del sistema, el retraso en la respuesta a los movimientos, la representación visual. Cualquier problema como resolución inadecuada, latencia de la imagen de vídeo, retraso en el procesamiento mecánico e informático del movimiento y la respuesta, y distorsión óptica debido a la lente de la cámara y las lentes de la pantalla montada en la cabeza, puede causar al usuario una " enfermedad del simulador ", es decir exacerbado por la falta de estimulación vestibular con representación visual del movimiento.
La falta de coincidencia entre los movimientos de los usuarios, como errores de registro, retrasos en la respuesta del movimiento debido a un filtrado excesivo, una resolución inadecuada para movimientos pequeños y una velocidad lenta, pueden contribuir a estos problemas.
La misma tecnología puede controlar el robot, pero luego los problemas de coordinación ojo-mano se vuelven aún más generalizados en todo el sistema, y la tensión o frustración del usuario pueden dificultar el uso del sistema. [ cita necesaria ]
La tendencia a construir robots ha sido minimizar los grados de libertad porque eso reduce los problemas de control. Las recientes mejoras en las computadoras han desplazado el énfasis hacia más grados de libertad, permitiendo 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 telerobótica puede ser tan simple como una interfaz MMK (monitor-ratón-teclado) común. Si bien esto no es inmersivo, es económico. La telerrobótica impulsada por conexiones a Internet suele ser de este tipo. Una modificación valiosa del MMK es un joystick, que proporciona un esquema de navegación más intuitivo para el movimiento plano del robot.
Las configuraciones de telepresencia dedicadas utilizan una pantalla montada en la cabeza con visualización de uno o dos ojos y una interfaz ergonómicamente adaptada con joystick y controles de botón, control deslizante y disparador relacionados.
Otras interfaces combinan interfaces de realidad virtual totalmente inmersivas y vídeo 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 inmersivo para que el robot sea conducido por la persona que camina o corre. Las modificaciones adicionales pueden incluir visualizaciones de datos fusionadas, como imágenes térmicas infrarrojas, evaluación de amenazas en tiempo real o esquemas de dispositivos. [ cita necesaria ]
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Con la excepción del programa Apolo , la mayor parte de la exploración espacial se ha realizado con sondas espaciales telerobóticas . La mayor parte de la astronomía espacial , por ejemplo, se ha realizado con telescopios telerobóticos . La misión rusa Lunokhod-1 , por ejemplo, puso en la Luna un rover impulsado remotamente, que fue conducido en tiempo real (con un retraso de 2,5 segundos a la velocidad de la luz) por operadores humanos en tierra. Los programas de exploración planetaria robótica utilizan naves espaciales programadas por humanos en estaciones terrestres, logrando esencialmente una forma de operación telerobótica con un largo retraso. 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 con programas almacenados, y los conductores del rover en tierra programaron 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 telerobóticos.
La NASA ha propuesto el uso de sistemas telerobóticos de gran capacidad [9] para futuras exploraciones planetarias utilizando la exploración humana desde la órbita. En un concepto de exploración de Marte propuesto por Landis , se podría realizar una misión precursora a Marte en la que el vehículo humano lleve una tripulación a Marte, pero permanezca en órbita en lugar de aterrizar en la superficie, mientras que un robot remoto altamente capaz sea operado en tiempo real. tiempo en la superficie. [10] Un sistema de este tipo iría más allá de la simple robótica de retardo prolongado y pasaría a un régimen de telepresencia virtual en el planeta. Un estudio de este concepto, el concepto de exploración humana mediante operaciones robóticas en tiempo real (HERRO), sugirió que dicha misión podría usarse para explorar una amplia variedad de destinos planetarios. [7]
La prevalencia de videoconferencias de alta calidad utilizando dispositivos móviles, tabletas y computadoras portátiles ha permitido un crecimiento drástico de los robots de telepresencia para ayudar a brindar una mejor sensación de presencia física remota para la comunicación y colaboración en la oficina, el hogar, la escuela, etc., cuando no se puede. estar allí en persona. El avatar del robot puede moverse o mirar a su alrededor según 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 generalmente ofrecen cámaras con giro, inclinación 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 potente de un robot de telepresencia. Por esta razón, los desarrolladores han surgido en la nueva categoría de robots de telepresencia de escritorio que se concentran en esta característica más potente para crear un robot de mucho menor costo. Los robots de telepresencia de escritorio, también llamados "robots de cabeza y cuello" [14] , permiten a los usuarios mirar a su alrededor durante una reunión y son lo suficientemente pequeños como para transportarlos 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 últimas tecnologías innovadoras pueden unir a las personas y les permiten permanecer conectadas entre sí, lo que les ayuda significativamente a superar la soledad. [dieciséis]
Los vehículos marinos operados a distancia (ROV) se utilizan ampliamente para trabajar en aguas demasiado profundas o demasiado peligrosas para los buceadores. Reparan plataformas petroleras en alta mar y colocan cables en barcos hundidos para izarlos. Por lo general, están sujetos mediante una correa a un centro de control en un barco de superficie. Los restos del Titanic fueron explorados por un ROV, así como por un barco operado por una tripulación.
Además, se están realizando muchas investigaciones telerobóticas 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 la respuesta de emergencia [17] y los sistemas telerobóticos de aplicación de la ley. [18] [19]
Los manipuladores remotos se utilizan para manipular materiales radiactivos .
La telerobótica se ha utilizado en obras de arte de instalación ; Telegarden es un ejemplo de un proyecto en el que los usuarios manejan un robot a través de la Web.
