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Revista dedicada al campo de la robotica y la nanotecnologia
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LA ROBOTICA
WILMER GIMENEZ
ROBOTICA
La robótica es la ciencia que se encarga del estudio, diseño, manufactura y aplicaciones de los
robots. Esta ha ido creciendo de gran manera en los últimos años, consiguiendo crear robots que
pueden ejecutar tareas que son difíciles o imposibles para un ser humano sin poner en riesgo vida o
su salud.
La robótica se ha expandido en diferentes campos; en la actualidad tenemos robots tele-operadores,
androides, zoomórficos, móviles, industriales, médicos, espaciales, poli-articulados y otros.
PARTIDO DE FUTBOL DE LA ROBOCUP 2014
ROBOCUP 2014
ROBOT UTILIZADO EN EL CAMPO MILITAR
ROBOTICA COOPERATIVA
Los escenarios de aplicación de la robótica han evolucionado en las últimas décadas, desde
entornos muy simples y controlados a entornos muy dinámicos en exteriores. Al mismo tiempo,
para afrontar ciertas aplicaciones, la cooperación en grupos de varios robots se ha convertido en
una necesidad. Una tendencia en la actualidad es la investigación en sistemas que consideren la
colaboración entre robots y sensores heterogéneos presentes en el entorno para multitud de
aplicaciones, como robótica de servicio en entornos urbanos, o monitorización de desastres. La
razón fundamental es que estas aplicaciones involucran entornos dinámicos, con condiciones
cambiantes para la percepción, etc. En la mayoría de las ocasiones, un único agente (por ejemplo
un robot o una cámara) no permite conseguir la robustez y eficacia necesarias. En estos casos, la
cooperación de diferentes agentes (robots, sensores en el entorno) puede ser muy relevante.
La robótica se considera colectiva cuando dos o más robots se encuentran desarrollando una tarea
conjunta.
SERPIENTE ROBOTICA PARA EL CAMPO DE LA VIGILANCIA
En la robótica cooperativa existe un problema muy complejo:
¿Cómo se organiza cada robot y su función para completar la tarea global?
Existen varios tipos de organización de los robots; entre los cuales tenemos:
Organización Centralizada
En un sistema centralizado, un agente (el líder) se encarga de planificar la tarea global y ordenar
diferentes funciones al resto del equipo.
El sistema centralizado está limitado debido al líder, en términos de recepción, tratamiento y envío de información.
La recepción y emisión limita el tamaño del equipo y el rango de acción.
El tratamiento de la información limita la velocidad a la que el sistema responde.
El líder es el cuello de botella; el fallo del líder significa fallo del sistema.
Organización Descentralizada
En un sistema descentralizado, cada agente decide su propio comportamiento de una forma autónoma acorde con la
información que obtiene del medio.
La autonomía de los robots evita el cuello de botella
El tamaño del equipo y su rango de acciones es teóricamente ilimitado y escalable.
El equipo es más robusto a fallos individuales.
El diseño de sistemas de grupos de robots descentralizados pueden estar inspirados por otros sistemas descentralizados:
Animales Sociales – “Swarm Robotics”
Swarm Robotics (Robótica de Enjambre)
Se refiere a los métodos de organización de grupos basados en los principios del “Swarm
intelligence”
Swarm Intelligence
Es cualquier intento de diseño de algoritmos o solución de problemas distribuidos inspirados por
comportamientos colectivos de colonias de insectos sociales y otro tipo de sociedades animales.
MICROROBOTICA Y NANOTECNOLOGIA
Microrobotica
La microrobótica es el campo de la robótica en miniatura, en particular, son los robots móviles con
dimensiones y características con tamaños menos de 1mm. El término también puede ser utilizado
para aquellos robots capaces de manipular los componentes de tamaño micrométrico o
manométrico.
Mientras que el prefijo micro se ha utilizado subjetivamente, en el sentido de pequeño, la
estandarización en las escalas de longitud evitan la confusión. Así, un nanorobot tendría
dimensiones características en o por debajo de 1 micrómetro, o manipula los componentes en el
rango de tamaño de 1 a 1000nm. Un micro-robot tiene dimensiones características a menos de 1
milímetro, un millirobot tiene una dimensión inferior a un centímetro, un minirobot tiene una
dimensión inferior a 10cm y un pequeño robot tiene una dimensión inferior a 100cm.
El microbot ha sido posible gracias a la aparición del microcontrolador en los años 90 del
Siglo XX, que es el computador que gobierna al microbot y que se incrusta en el mismo.
Al ser un ordenador limitado, los microbots están dedicados a resolver tareas que no exijan
una elevada potencia y complicados algoritmos, con rapidez y precisión.
Debido a la pequeñez del microcontrolador y a su portabilidad, una característica principal del
microbot es la movilidad, ya que puede llevar insertado el ordenador que lo dirige.
Ha de indicarse que en la actualidad, gracias especialmente a las conexiones inalámbricas tipo
Wi-Fi (por ejemplo, dentro de una red domótica) han aumentado las capacidades de procesado
de los microbots, pudiendo memorizar más datos y realizar tareas más complejas. Cuando el
microbot actúa sin estar controlado por un ordenador externo (con el ordenador apagado), se
dice que actúa en modo autónomo.
HORMIGA ROBOTICA CREADA PARA POBLAR EL PLANETA MARTE
Existen 3 tipos de de microrobots según su escala:
1. Robots en miniatura.
2. Microrobots
3. Nanorobots.
APLICACIONES
Aplicaciones médicas o biológicas
La microrobótica puede aplicarse a un amplio espectro de aplicaciones biológicas dentro de la que
cabe destacar la biotecnología. En esta área se pueden mencionar aplicaciones como el reconocimiento y
localización de células con unas determinadas características, microinyecciones como en el caso de
tratamiento de células infectadas (p.ej., cancerígenas), medida de cantidades eléctricas en una célula,
separación de partículas (p. Ej., esporas), etc. Otro ámbito de investigación de la microrobótica en la
biotecnología con un impacto cada vez más importante es la tecnología genética. Dentro de este ámbito es
posible citar tareas como la manipulación genética o la separación y corte de cromosomas. La
microfabricación es aplicable a áreas como la bioquímica o la industria farmacéutica. Las investigaciones
actuales en estos campos implican la utilización de muestras cada vez más pequeñas de productos y la
fabricación de un mayor número de unidades. Esto implica la necesidad de automatización tanto del proceso
de fabricación como del testeo de los productos finales fabricados.
Otra área en la que es posible encontrar microrobots es la microcirugía. Dentro de la cirugía
es aplicable a múltiples aspectos de la medicina en la que se requiere la miniaturización de los
elementos automáticos de ayuda al cirujano. Algunas de las áreas de aplicación son la cirugía
microvascular, la oftalmología o la neurocirugía. Así mismo, a menudo es posible encontrar
micromanipuladores para la fabricación de dispositivos médicos como sistemas endoscópicos cada
vez más precisos y pequeños, utilizados para el diagnóstico e intervenciones médicas.
Microensamblado
Se puede afirmar que el área en la que más se viene aplicando la microrobótica es en el
Microensamblado de componentes. Este tipo de robots es aplicado al ensamblado masivo de
microsistemas de una manera flexible, automática, rápida y precisa. Un ámbito en el que se aplica el
Microensamblado es en la fabricación de circuitos microelectrónicos. En este caso a menudo es
necesario realizar el ensamblado de semiconductores o componentes electrónicos y ópticos con una
gran precisión. Para realizar esta tarea y para el testeo mecánico y eléctrico de los circuitos
electrónicos se utilizan microrobots.
Mantenimiento
Los microrobots pueden utilizarse también para mantenimiento industrial. En estos
casos el robot se encuentra en el interior de la planta de producción. De esta forma,
cuando se produce un fallo en el sistema, se teleopera al microrobot para realizar la
reparación sin necesidad de desensamblar la planta averiada. En el caso de aplicaciones
de teleoperación utilizando microrobots adquiere una especial importancia, no sólo la
miniaturización de los sensores, sino también el guiado de esta información sensorial
hacia el manipulador. Es por esta razón por lo que a menudo es utilizada únicamente
información visual procedente de microscopios. Por otro lado, los micromanipuladores
para realizar su tarea a menudo utilizan herramientas como microcuchillos, microagujas,
herramientas para microdosificación, microláseres o micropinzas.
Nanotecnología
La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales,
aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y
propiedades de la materia a nano escala.
Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y
propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos
y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.
Nanorobots
Son nano dispositivos que se utilizará para el fin de mantener y proteger el cuerpo humanocontra patógenos. Tendrán un diámetro de aproximadamente 0,5 a 3 micrones y se construirán departes con dimensiones en el rango de 1 a 100 nanómetros.
TELEROBOTICA
La Telerobótica es el área de la robótica concerniente al control de robots desde la distancia, principalmente usando conexiones wireless (como Wi-Fi, Bluetooth, la Red del Espacio Profundo, y similares), conexiones "ancladas", o a través de Internet. Es una combinación de dos campos importantes, tele-operación y tele-presencia.
Tele-operación
La Tele-operación significa "hacer el trabajo a distancia", aunque "trabajo" puede significar casi cualquier cosa. Además, el término "distancia" es vago: puede referirse a una distancia física, donde el operador está separado del robot por una larga distancia, pero puede también referirse a un cambio de escala, donde por ejemplo en cirugía robótica un cirujano puede usar tecnología de micro-manipulación para dirigir cirugías a nivel microscópico.
Tele-presencia
La Telepresencia significa "sentir como si estuvieras en algún otro lugar". Algunas personas tienen una interpretación demasiado técnica de esto, en la que insisten que se debe tener pantallas montadas en cascos para ser telepresencia. Otras personas le dan un significado específico de la tarea, donde la "presencia" exige sentir que se está conectado emocional y socialmente con el mundo remoto, aunque esta sea una interpretación un poco vaga.
APLICACIONES DE LA TELEROBOTICA
La robótica, a la que se le aplican los sistemas de transmisión explicados anteriormente,
tiene multitud de utilidades en sectores muy diversos.
Investigación
En el área de la investigación científica se utilizan robots tanto para la exploración del universo, para
acceder a lugares peligrosos en condiciones extremas, incluso existen robots con una gran precisión
para realizar operaciones quirúrgicas.
Un ejemplo de esto es el Dante II, un robot con 8 patas diseñado para caminar como una araña hacia el interior del cráter de volcanes activos, buscando pistas para predecir futuras erupciones. Los científicos que lo controlan están a 80 millas por lo que este es capaz de actuar sin ayuda humana durante cierto tiempo, es decir, tiene una cierta autonomía.
El Nomad es capaz de soportar temperaturas muy bajas, lo que le permite buscar meteoritos
en la Antártida. Se desplaza de forma autónoma con la ayuda de un láser rastreador que escanea el
terreno a su alrededor. Tiene una cámara que busca rocas y las identifica analizando el color, la forma
y el tamaño. Posee un detector de metales porque uno de los principales componentes de los
meteoritos es el hierro.
El Sojourner es un robot con seis ruedas que analiza el terreno con un láser, taladra las
rocas para obtener muestras y hace fotografías para obtener información sobre Marte y averiguar si el
planeta estuvo cubierto por agua. El problema de este robot es que la información de la Tierra tarda
11 minutos en llegar a Marte, lo que hace muy difícil el manejo. Por esto, se investiga en robots con
una cierta autonomía capaz de realizar las tareas por sí mismos.
Detección de explosivos
Un robot diseñado para detectar minas bajo el agua semejante a un anfibio es Ariel.
Otro robot utilizado para esta aplicación es el Mini-Andros, que con sus 4 piernas
articuladas con 2 ruedas cada una pueden hacer subir escaleras fácilmente. Su aspecto es similar al de
un pequeño tanque blindado, con un brazo móvil que puede levantar objetos (hasta 15 libras) y que
con accesorios intercambiables puede romper ventanas, ver en la oscuridad, y desactivar o detonar
bombas directamente con agua, un disparo o colocando cerca bombas más pequeñas.
ROBOTICA MÉDICA
Los robots son manejados a distancia por los cirujanos, de esta forma se da origen a la cirugía
robótica, telepresencia, telecirugía o cirugía asistida por computadoras. Este tipo de cirugía se basa de
conceptos como realidad virtual cibernética y se vislumbra como el arma quirúrgica del sigloXXI.
La Robótica médica incluye a todos los robots que se utilizan durante las operaciones en el
(académico), los hospitales, por ejemplo: portaherramientas pasiva, robots autónomos activos, los
sistemas de sinergia y de los sistemas maestro-esclavo.
En este grupo de investigación, considerando especialmente entre amo y esclavo de sistemas
robot en el que se controla el maestro de la manipulación (a menudo una especie de joystick) por el
cirujano y en la que el manipulador esclavo realiza la operación en el paciente. Una interfaz de la
computadora proporciona la conexión entre el maestro y el esclavo, por lo tanto, de hecho, que
permite al cirujano realizar una operación a distancia y (más importante) en una posición ergonómica
mejor.
Cirugía Laparoscopia AESOP: Un endoscopio comandado por voz.
Ventajas
La utilización de un brazo fijo elimina el problema de temblor por fatiga.
Permite reorganizar el quirófano Liberando un asistente.
Cirugía articular: Se utilizan robots para fresar el hueso en que se va a colocar una prótesis de cadera
o rodilla.
El modelo comercial es:
CASPAR de Ortomaquet:
Precisa 2 anestesias (la primera para colocar 2 tornillos de referencia).
Un software de planificación integra las imágenes scanner y determina la posición óptima de la
prótesis.
Cirugía mínimamente invasiva
DA VINCI
Este sistema manipula instrumentos endoscópicos comandados a distancia por un cirujano
Se compone de:
Una consola maestra con visor estéreo 3D
Un carro de cirugía con 3 brazos de instrumentación (esclavo)
Un carro con los equipos de procesamiento de Imágenes