martes, 7 de mayo de 2013

Telerrobotica

Cortesía de Mente Errabunda;


La robótica es un campo multidisciplinario de la inteligencia artificial encargado de la investigación y el desarrollo de robots. En el mismo confluyen áreas como la mecánica, automática, informática y electrónica. En la actualidad los robots tienen múltiples variedades, clasificados de acuerdo a su arquitectura y aplicación, los mismos van desde los industriales que pueden ser encontrados en las líneas de ensamblado de las industrias hasta los robots humanoides que busca mimetizar al ser humano, así como también insectoides, aéreos, submarinos, móviles, etc. En el presente trabajo el interés está centrado en los robots que poseen una característica especial, al ser al ser manipulados de diferentes lugares en la Internet.


Las exploraciones al espacio con lanzamientos de sondas espaciales, el control de satélites, los aviones teleoperados y el telecontrol de misiles son ejemplos de tecnologías que, hoy en día, entremezclan las técnicas de los sistemas de control y los sistemas de comunicaciones. Sin embargo, y aunque pareciera que esta tecnología vanguardista sólo es accesible a un grupo selecto de personas, debido a las fuertes inversiones económicas, gracias a la Internet, a la reducción de precios de microprocesadores y tarjetas de adquisición de datos, al considerable aumento potencial de las computadoras personales, entre otros, el uso de estas mezclas tecnológicas se vuelve más y más accesible. De modo que ahora se utiliza en universidades para implementar laboratorios a distancia; en empresas para mantenimiento, programación y control de dispositivos en forma remota, y en la implementación de casas, hoteles y restaurantes inteligentes, todos de una manera relativamente muy accesible. Asimismo, los beneficios del control a distancia han impactado en forma muy positiva el área de investigación en robótica, de modo que los robots ya no sólo son utilizados para movimientos básicos, sino que son capaces de interactuar con personas a distancia.

La búsqueda de la autonomía siempre ha sido un objetivo fundamental de la robótica. Durante años se ha tratado de que los robots estén dotados de capacidades de percepción y actuación autónomas, sin la intervención de los humanos. Los robots industriales actuales son capaces de realizar autónomamente numerosas operaciones en procesos de fabricación, ejecutando programas que permiten realizar movimientos variados en operaciones repetitivas en entornos estructurados y acondicionados para su funcionamiento. Sin embargo, la actuación de robots en entornos naturales no acondicionados y con dinámicas no predecibles requiere funciones de interacción con el entorno y capacidades de deliberación mucho más complejas. Un aspecto clave es la seguridad de funcionamiento: el robot no sólo debe ser capaz de demostrar funcionalidades en determinadas condiciones, sino que debe funcionar siempre, aunque las condiciones del entorno sean impredecibles, y su funcionamiento debe ser seguro, incluso cuando se produzcan errores y fallos en el propio robot. Por ello, las aplicaciones prácticas de los robots completamente autónomos son todavía escasas. De hecho, en la práctica, gran parte de las aplicaciones de los robots en entornos naturales no estructurados, requiere que una persona supervise o guíe la actuación del robot La telerrobótica surge como síntesis de la teleoperación y la robótica. Se trata de que el humano reciba la información de los sensores del robot y genere órdenes que se ejecutan de forma autónoma en el robot.

Para lograr la comprensión de la telerrobótica es necesario conocer lo que representa la teleoperación. Un sistema de teleoperación consta de los siguientes elementos: (1) Operador o teleoperador. Hace referencia a un ser humano que realiza a distancia el control de la operación. Su acción puede ir desde un control continuo hasta una intervención intermitente, con la que únicamente se ocupa de monitorizar y de indicar objetivos y planes cada cierto tiempo. (2) Dispositivo teleoperado. Puede referirse a un manipulador, un robot, un vehículo o dispositivo similar. Es la maquina que trabaja en la zona remota y que está siendo controlada por el operador. (3) Interfaz. Es un conjunto de dispositivos que permiten la interacción del operador con el sistema de teleoperación. Se considera al manipulador maestro como parte del interfaz, así como a los monitores de vídeo, o cualquier otro dispositivo que permita al operador mandar información al sistema y recibir información del mismo. (4) Control y canales de comunicación. Se refiere a un conjunto de dispositivos que modulan, transmiten y adaptan el conjunto de señales que se transmiten entre la zona remota y la local. Generalmente se cuenta con uno o varias unidades de procesamiento. (5) Sensores. Constituyen un conjunto de dispositivos que recogen la información, tanto de la zona local como de la zona remota, para ser utilizada por la interface y el control.

A priori al ingreso para el análisis de las tecnologías conviene especificar algunos conceptos de interés para la presente propuesta: (1) Teleoperación. Es un conjunto de tecnologías que comprenden la operación o gobierno a distancia de un dispositivo por un ser humano. Por tanto, teleoperar es la acción que realiza un ser humano de operar o gobernar a distancia un dispositivo; mientras que un sistema de teleoperación será aquel que permita teleoperar un dispositivo, que se denominará dispositivo teleoperado. (2) Telemanipulación. Es un conjunto de tecnologías que comprenden la operación o gobierno a distancia por un ser humano de un manipulador. Por tanto, telemanipular es la acción que realiza un ser humano de operar o gobernar a distancia un manipulador, mientras que un sistema de telemanipulación será aquel que permita teleoperar un manipulador, que se denominará manipulador teleoperado. (3) Telerrobótica. Es un conjunto de tecnologías que comprenden la monitorización y reprogramación a distancia de un robot por un ser humano. Se habla entonces de la teleoperación de un robot, que se denominará telerrobot o robot teleoperado.

Es común escuchar el término “telerrobótica”, esto no es más que una aplicación del control de los robots a distancia, se utiliza tanto en la docencia como en la investigación y en la industria. Actualmente, este interés se ha incrementado debido al acceso a la tecnología de Internet como medio de comunicación entre hombre y robot. De modo que la telerrobótica, en conjunto con el Internet como medio de comunicación, se conoce como Internet –robots, y provee de diferentes aplicaciones en distintas áreas, por ejemplo: servicios en el hogar, entretenimiento, telemedicina, la industria de automatización, servicios militares, educación a distancia y laboratorios remotos de investigación.

Aunque se encuentran varias definiciones que provienen de diferentes fuentes, se puede definir a la telerrobótica como un campo de la Robótica que se ocupa del control remoto de robots. A continuación se relacionan otras definiciones que pueden complementar la mencionada anteriormente: (1) El término telerrobótica se aplica a los casos en los que un operador humano es capaz de monitorizar y reprogramar remotamente el comportamiento de un determinado robot. (2) La telerrobótica puede considerarse como una forma evolucionada de teleoperación, caracterizada por un aumento de autonomía (capacidad de decisión y actuación) en el sistema remoto manteniendo una intervención significativa del operador humano para supervisión o teleoperación directa. Vale la pena destacar el hecho de que en telerrobótica el término “remoto” es un poco ambiguo ya que se puede referir a una distancia física, en donde el operador está separado del robot por una distancia que se puede cuantificar en metros o kilómetros; pero también se puede referir a un cambio de escala, como por ejemplo en una aplicación médica, donde un cirujano usa un microrobot para hacer un procedimiento quirúrgico a nivel microscópico.

Uno de las principales referencias en telerrobótica, automatización y control supervisor es Thomas B. Sheridan. Una de las principales ideas de este autor es que los progresos en robótica dependen no solo de los cambios en la tecnología, sino también en los avances en la comprensión de la relación entre personas y máquinas. Esta idea introduce un concepto interesante. Si bien es necesario estudiar cada factor por separado, persona con: perfil del usuario, aspectos cognitivos, tipo de discapacidad, tipo de dependencia, además de la máquina: estructura cinemática, tipo de pinza prensora, control de la trayectoria, Sheridan enfoca la atención en la relación entre ellos, por tanto en la parte de interacción: (1) Reparto del control de la tarea entre persona y máquina. (2) interacción entre persona y máquina: tipo de interfaz física adaptada al tipo de discapacidad.

A esta idea conviene añadir que el sistema persona-máquina no puede considerarse de forma aislada, hay que valorar que la persona y la máquina se encuentran en un entorno, por ejemplo el ámbito doméstico, y por tanto el “sistema” pasa a ser la persona, la máquina y el entorno y lo que conviene analizar son las múltiples interacciones entre ellos cuando se lleva a cabo una tarea. La ergonomía cognitiva ya engloba esta última idea dentro del marco conceptual actual denominada sistema cognitivo conjunto, en el que se describe cómo debe arroparse el concepto de diseño centrado en el usuario desde la perspectiva del diseño contextual. Dentro del ciclo de diseño se enmarca el concepto de usabilidad, es decir, a como el usuario puede usar el sistema que está siendo diseñado. Para ello es necesario llegar al concepto de evaluación de la usabilidad con lo siguiente: (1) deben existir unas especificaciones de usabilidad. (2) la opinión del usuario debe tenerse en cuenta. (3) el diseño debe ser poco costoso.

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