La robótica es una disciplina científica que aborda la investigación y desarrollo de sistemas mecánicos, denominados robots, diseñados para manipular una amplia variedad de aplicaciones industriales, científicas, domésticas y comerciales. (Reyes Cotés, 2011).
Los seres humanos durante el transcurso del tiempo ha buscado la manera de realizar su trabajo de una manera más eficiente, los robots fueron adoptados por las personas a ver que estas maquinas podían realizar las labores de los humanos y algunas otras que no podrían realizar ellos. Antes de que los robots tomaran lugar al lado de las personas, maquinas más simples hacían éste tipo de trabajo, ejemplo de ello son los diseños creados por Leonardo Da Vinci, reproducciones hechas de madera por arquitectos se pueden apreciar en el museo a su nombre en la ciudad de Florencia, Italia.
El termino de robot se utilizo por primera vez en la obra literaria “Rossum’s Universal Robots” escrita por el checo Karel Capek (1890-1938) en donde un fabricante construía criaturas mecánicas para remplazar la mano de obra humana. Un robot es definido como un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, a través de movimientos variables programados, para el desempeño de tareas diversas (Saha, 2010) según la Organización Internacional para la Estandarización (ISO), otras organizaciones tales como Robotics Institute of America (RIA), Japan Industrial Robot Association (JIRA) tambian han dado su propia definición en las cuales se ha llegado al acuerdo en en que un robot tiene la capacidad de ser reprogramable y la multifuncionalidad que poseen.
Los robots se han ido utilizando cada vez mas en áreas como la Industria, Educación, Ciencia, Medicina, Seguridad, Investigación y algunos otras en un nivel menor, dentro de todas esta areás los robots desempeñan el papel de un colaborador y son utilizados como una herrmienta, mas que como un sustituto de las personas sin embargo tambien se ha llegado a generar robots que son capaces de actuar por ellos mismos tomando deciciones que forman ellos incluso superior al de sus creadores.
La Robótica es una de las áreas que tienen ocupado a Investigadores en todas partes del mundo, los problemas que se generan al estudiar el comportamiento de estos dispositivos electromecanicos son bastos, tal asi que hay áras especificas dentro de ella de las cuales se pueden destacar: control del moviento, diseño de ambientes de programación, inteligencia artificial, sensores, visión artificial, planificación y coordinación, aunque no son las unicas son las que acaparan mas el campo de la investigación, otras areas como la robotica colaborativa comienzan a tener una importancia dentro de la Investigación.
La Industria ha tomado a los robots como parte fundamental en su sustento, la lineas de producción en las que se encuentran una variedad de robots para fabricar un producto son los ejemplos mas comunes que hay para ilustrar a un robot, a este tipo de robots se les llama robot industriales, ya que al final de ellos se encuentra una herramienta con la cual pueden realizar un trabajo en especifico. Estos robots se encuentran en canditdades grandes en espacios de trabajo bien definidos y al conjunto de todos los robots que participan en la elaboracion del producto se les conoce como enjabres o colonias, haciendo una analogia en la formoa en como llevan a cabo las tareas las hormigas y las abejas para realizar un trabajo.
Los robots que se encuentran dentro de este tipo de organización tienen un papel bien definido, de modo que el trabajo que realizan es unico en todo el proceso de fabricación haciendo que éste sea una labor en conjuto, aquí surgue un problema el cual es que los robots dentro de la linea de producción se comuniniquen para hacer el trabajo colectivo al igual que las personas conviven con otras día a día. Dentro de las lineas de producción el trabjo en equipo de desarrollan los robots es evidente que es más efificente al de un robot que haciendo todo el trabajo, pero aun surguen incognitas si para cualquier trabajo es mas facil si un conjunto de robot realiza la tarea que puede realizar un solo robot.
Las personas cuando tienen que realizar trabajos que son demaciado laboriosos se apoyan de otros para terminarlo en forma y a tiempo, de modo que podemos definir el trabajo como procesos intencionales de un grupo para alcanzar objetivos especificos … (Wikipedia, 2011), como ya he mencionado se busca facilitar la labor de un individuo a la hora de realizar una tarea con esto se consigue reducir el tiempo y al final se tiene un mejor producto. Con los robots pasa lo mismo pero a diferencia con las personas los robots no pienzan ni actuan de la misma manera, estan programados para actuar del mismo modo.
El comportamiento colectivo en las personas es normal ya que nacen con esta capacidad, para un robot siendo una entidad propia es dificil tener un comportamiento igual, Investigadores en Robótica basan sus estudios en investigacion de Psicologos que se enfocan al comportamiento humano, durante el siglo XX la investigacion cognitiva se enfoco en la representación interna, el razonamiento simbolico y la resolución de problemas dando como resultado que la inteligencia humana era un sofisticado sistema de procesamiento de información (Floreano & Mattiussi, 2008).
La solucción que los Investigadores propucieron para conseguir un comportartamiento parecido al de los humanos fue el de utilizar Inteligencia Artifical la cual estaba siendo utilizada para computadors normales. La Inteligencia Artificial (AI por sus siglas en ingles) trata de entender la inteligencia humana para construir maquinas inteligentes. Siendo aun muy complejo el comportameinto humano para el desarrollo de robots colaborativos los investigadores se enfoca a animales que tiene una sociedad meramente en conjunto, como se menciona arriba las abejas y las hormigas realizan distintos trabajos coperando entre todas los resultados se ven al pasar los años que son especies que han logrado sobrevivir a lo largo del tiempo.
La Inteligencia Artificial dentro de la robotica colaborativa esta divida en varios aspectos, la Biologia es una de las áreas de investigación que aporta una enorme cantidad de conocimientos, ya que para lograr un comportamiento similar al de las personas, se debe te tener una estructura parecida a ella, las Redes Neuronales Artificiales. Las Redes Neuronales son modelos computacionales implementadas en los dispositivos de hardware o de software hechos a medida que intentan inmitar el comportamiento y adaptacion de las celulas biologicas (Floreano & Mattiussi, 2008).
Gracias a las redes neuronales la computación a permitido que los dispositivos programables tengan una mejor respuesta, en cuanto a los resultados esperados las redes neuronales son una parte fundamental para el computo evolutivo, de este modo todos los dispositivos programables tiene cada vez mas una comportamiento parecido al de las personas, a este tipo de software se le conoce como Algoritmos Geneticos. La teoria de la evolucion de Charles Darwin (1859) es la que fundamenta este tipo de algoritmos, en ella Darwin habla acerca de la evolución de las especies basado en la supervivencia del mas fuerte.
El computo evolutivo (CE) son una serie de técnicas abstractos, estos principios son utilizados para buscar las mejores soluciones a un problema (Sivanandam & Deepa, 2008). El CE esta formado por: Algoritmos Geneticos, Programación Evolutiva y Estrategias Evolutivas, todas estas tienen como fin el de resolver cual es la mejor solución para un problema, lo que las hace diferente uno de otro es la manera en como lo hacen.
Una vez que se tienen las bases para hacer actuar un robot como una entidad independiente capas de colaborar con un conjuto de robots para desarrollar un trabajo, el siguiente paso es resolver los problemas que se pueden resolver cuando estan en conjuto. En este punto los robots estan dotados con Inteligencia Artificial los que les permite tomar desiciones por si solos y tambien tener un proceso de aprendisaje, pero, ¿Cómo puede un robot conseguir mas información? Un agente es todo aquello que puede considerase que percibe sus ambiente mediante sensores y que responde o actúa en tal ambiente... (Russell & Norvig, 1995).
Los sensores son parte fundamental de los robots, le dan la capacidad de adquirir información externa a ellos, pero tambien les brindan información acerca de ellos mismos. Los sensores por su función se pueden clasificar en dos tipos: Exteroceptivos, que son todos aquellos que le dan información acerca del medio en donde se encuentra por ejemplo si esta cerca de un obtaculo o el nivel de luz que hay en el ambiente, el otro tipo de sensores son los Propioseptivos, estos le indican al robot caracteristicas de el mismo, un ejemplo son los encoders que pueden indicar en que posición se encuentra una rueda o un brazo mecanico.
Los diferentes tipos de sensores son los que le permiten al los robots trabajar en conjunto, con estos pueden evitar colisiones entre ellos, pero aun evitando chochar uno con el otro no los hace trabajar realmente en conjunto, para que se pueda decir que los robots realizan un trabajo en colaboración entre ellos debe de haber intercambio de información entre los agentes que conforman el enjambre.
La robotica colaborativa tiene diferentes rubros que se tienen que resolver para la correcta realización del trabajo, a mediados de los 40’s Grey Walter, en conjunto con Wiener and Shannon, estudiaron robots en forma de tortuga equipadas con luces y sensores de contacto demostrando un comportamiento social avanzado en respuesta a lo que los demas hacian (Cao, Fukunaga, & Cameron, 1997).
El Control en el trafico de los robots que conforman la colonia es fundamental, el evitar las coliciones entre ellos es una de las tareas pricipales de los investigadores, este problema puede ser resuelto mediante una serie de reglas, prioridades o una arquitectura de comunicación. (Cao, Fukunaga, & Cameron, 1997). En otras palabras se puede hacer la planacion de las trayectorias que va a tomar el robot antes de que ejecute su movimiento, esta planificación se hace en base al ambiente mediante calculos geometricos y las posiciones y el movimiento que van realizar los demas agentes de la colonia.
Otra acción que los robots colaborativos pueden realizar es la de manipular objetos entre dos o mas agentes, un ejemplo de ello es cuando hay que mover objetos que son muy pesados o muy grandes para que un solo robot lo pueda manipular, este tipo de acciones son caracteristicas de la industria. El levantar diferentes objetos de un lugar es una tares que también se puede realizar en conjunto, estas tareas pueden ser peligrosas para las personas como levantar acido o ir a lugares riesgosos para obtener muestras del suelo o de otro elemento en ese lugar.
El trabajo que tienen que hacer los robots esta condicionaldo a como estan diseñados los robots, esto es a la arquitectura del equipo, Esto abarca conceptos tales como la heterogeneidad del robot / homogeneidad, la capacidad de un robot dado a reconocer y modelo de los otros robots, y la estructura de la comunicación (Cao, Fukunaga, & Kahng, 1997).
Otro aspecto relacionado con las coperación son los conflictos por los recursos, cuando se trabaja en conjunto los recursos que estan disponibles se deben de repartir entre todos los integrantes, los recursos por los que compiten entre ellos son las herramientas con las que trabajan, el objeto que se manipula e incluso el espacio de trabajo.
Durante el transcurso de la vida de una persona ésta adiquiere conocimientos mediante el aprendizaje, El aprendizaje en sistemas de comportamiento es un fenómeno multifacético que incluye la percepción de auto-organización, la coordinación sensorial, la memorización y asociación, por mencionar algunos (Floreano & Mattiussi, 2008). La robótica es beneficiada por la biología, esto nos permite dotar a un robot con la capacidad de aprender nuevas cosas y tener un comportamiento social. Programas más sofisticados permiten que los robots diseñados puedan generar conocimiento y realizar otro tipo tareas, esto hace que los robots tengan una mayor flexibilidad comparado con los robots que tiene programadas tareas definidas.
Los robots con comportamiento colaborativo han sido objeto de estudio dentro los laboratorios en diversas partes del mundo, los investigadores trabajan en el comportamiento colaborativo haciendo que los robots actúen como un escuadrón militar en búsquedas y ataques sincronizados (MacKenzie, Arkin, & Cameron, 1997), tambien se han encontrado este tipo de robots fuera de laboratorios realizando trabajos, ejemplo de estos robots son los que ayudaron en la busqueda y rescate en el ataque al Wall Trade Center (19…).
Estos robots son dotados con comportamientos primitivos, los cuales les permiten realizar sus tareas, un ejemplo son los robots utilizados en los campeonatos de robótica a los cuales se les programa acciones para reconocer la chanca, dirigirse hacia la meta, y hacer el trabajo para el que estan diseñados (Kube & Zhang, 1977), los robots gracias a la Inteligencia Artifical pueden desarrollar estas primitivas de una mejor manera.
El trabajo que realizan los investigadores sobre los robot de este tipo son diversos, no todos los problemas estan resueltos y algunos otros se cree que se pueden mejorar, ya sea evitando que los robots choquen entre ellos o realicen trabajos mas rapido el campo de investigación es muy amplio, cientificos traban con colonias de robots para hacer el reconocimiento y el mapeo de un lugar, para esta situación los robots se encuentran distribuidos dentro de un área, la cual deben de reconocer y al final del proceso todos los robot deben de navegar sin problemas incluso aun por lugares que no habian pasado anteriormente.
Bibliografía
Wikipedia. (2 de Mayo de 2011). Recuperado el 27 de Mayo de 2011, de Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_colaborativo
Cao, Y. U., Fukunaga, A. S., & Kahng, A. B. (1997). Autonomous Robots. Robot Colonies, 7-27.
Floreano, D., & Mattiussi, C. (2008). Intelligent Robotics and Autonomous Agents.
J. Gregory Trafton, A. C., Perzanowski, D., Brock, D. P., Bugajska, M. D., & Adams, W. (s.f.). Communicating and Collaborating with Robotic Agents.
Kube , C. R., & Zhang, H. (1977). Task Modelling in Collective Robotics. Robot Colonies, 53-72.
MacKenzie, D. C., Arkin, R. C., & Cameron, J. M. (1997). Multiagent Mission Specification and Execution. Autonomous Robots, 29-52.
Reyes Cotés, F. (2011). Robótica control de robots manipuladores. Mexico, DF: Alfaomega.
Russell, S. J., & Norvig, P. (1995). Artificial Intelligence: A Modern Approach: instructor's solutions manual. Prentice Hall.
Saha, S. K. (2010). Introducción a la Robótica . México: Mc Graw Hill.
Sivanandam, S. N., & Deepa, S. (2008). Introduction to Genetic Algorithms. Ney York: Springer.
