Las TIC en la Educación: Mecatrónica

El Mundo Fascinante de la Mecatrónica

Cuando pensamos en robots nos vienen a la mente palabras como alta tecnología, electrónica, futuro,… y, bien es cierto que, a pesar de los grandes avances en robótica, seguimos soñando con máquinas inteligentes con las que podamos conversar, compartir ideas e incluso sentimientos o sensaciones.

La literatura y el cine de ciencia ficción no deja de crear interesantes obras que nos llevan a cuestionar nuestra propia naturaleza al plantear dilemas tales como… ¿Podrá el ser humano construir máquinas conscientes de su propia existencia?, ¿Cómo valorarían su propia vida?.

Aunque la imaginación popular tiende a asociarlos a máquinas humanoides, la realidad es que la inmensa mayoría de ellos se encuentra en las industrias para realizar tareas concretas y desde luego se parecen a cualquier cosa, excepto a una persona.

Dudo mucho que las actuales máquinas “primitivas” sean conscientes de si mismas, quizás los robots más conocidos de la industria sean los que se emplean en la fabricación de automóviles, estos han permitido la creación en serie a velocidades de vértigo del que es, quizás, el símbolo por excelencia del consumo.

Las primeras invenciones consideradas como robots, los autómatas son máquinas que se ocupa de recrear e imitar tanto la figura como los movimientos de un ser animado, uno de los ejemplos que mejor grafican a este tipo de máquina son los robots.

Gracias a un sistema electromecánico dirigido, el robot puede realizar diferentes acciones por si mismo, que claro previamente le hayan programado en su memoria.

Puertas Autómaticas en la Antigua Grecia
Herón de Alejandría

Máquina de vapor de Herón de Alejandría

Leonardo da Vinci no sólo es como se asocia con frecuencia, el pintor de la Mona Lisa y la Última Cena, sino también un fabricante de automatismos: verdaderos robots que sin motor ni electricidad eran capaces de caminar por si solos. Tales movimientos sorprendían a los poderosos de la época y se convertían en caprichos reales.

El León Mecánico de Leonardo Da Vinci

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A pesar de que vivió 400 años antes de que la palabra robot fuera inventada, Leonardo da Vinci es una de las figuras históricas más ligadas a la robótica. Leonardo fue el creador del primer autómata humanoide y el robot actual más importante en cirugía lleva por nombre Da Vinci.

Da Vinci diseñó al humanoide como un guerrero medieval con una pesada armadura al que sus especificaciones mecánicas le permiten realizar movimientos de brazos, cuello y mandíbula.

Gabriele Niccolai, realizó un modelo del autómata de los dibujos originales

de Leonardo Da Vinci en Sydney.

El Termino de Robot
Comúnmente utilizado hoy en día y difundido sobre todo por la literatura norteamericana de ciencia-ficción y autores como Isaac Asimov. No obstante su origen etimológico es checo y deriva de la palabra “robota” (labor, trabajo) y podría tener también relación con el término “rob” (esclavo) del antiguo eslavo.

La obra teatral de Karel Capek R.U.R. (1921) es la abreviatura de

“Rossum’s Universal Robots”

“Las Tres Leyes de la Robótica”
según Isaac Asimov

1ra. Un robot no hará daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño.
2da. Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en conflicto con la primera ley.
3ra. Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no entre en conflicto con la 1 o la 2 ley.

¿Qué es un Robot?

Un Robot es un dispositivo mecánico versátil equipado con sensores y actuadores controlado por un sistema computacional capaz de extraer de información del ambiente y actuar en el mundo a través de movimientos.

Entonces podemos decir un robot es una entidad virtual o mecánica artificial. En la práctica, esto es por lo general un sistema electromecánico que, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio.

¿Qué es la robótica?

La robótica es la ciencia que estudia el diseño y la implementación de robots, conjugando múltiples disciplinas, como la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial y la ingeniería de control, entre otras.

Para definirlo en términos generales, un robot es una máquina automática o autónoma que posee cierto grado de inteligencia, capaz de percibir su entorno y de imitar determinados comportamientos del ser humano. Los robots se utilizan para desempeñar labores riesgosas o que requieren de una fuerza, velocidad o precisión que está fuera de nuestro alcance. También existen robots cuya finalidad es social o lúdica.

Hay que desmitificar la mala creencia general formada en la sociedad acerca de la palabra "Robot" a raíz de simples películas de ciencia ficción ya que los Robots no son malvados por naturaleza, sólo son los lo que los hombres quieran que lleguen a ser. Aun así, el mundo del cine ha expuesto a lo largo del tiempo ejemplos de Robots con conductas buenas.

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Los Autómatas

Es una máquina que imita la forma y los movimientos de un ser animado, que encierra dentro de sí el mecanismo que le imprime determinados movimientos. Aún hoy existen los autómatas y se fabrican en todo el mundo, actualmente se considera un arte el desarrollo de estas máquinas. Por ejemplo, algunos son juguetes muy imaginativos y complejos.

Los autómatas alcanzaron su momento de mayor esplendor en la Europa del siglo XVIII, cuando gracias al desarrollo de los mecanismos de relojería se hizo posible la miniaturización de los aparatos. Por eso muchos de los más famosos constructores de autómatas eran también reputados relojeros. Como el maestro suizo Pierre Jaquet-Droz, quien entre 1768 y 1774 construyó tres autómatas de extraordinaria complejidad.

Eran conocidos como el pequeño escritor, el pequeño dibujante y la pequeña pianista porque solo medían unos 60 centímetros. Integraban un sistema de discos “codificados” (con bordes troquelados) y cientos de piezas móviles que les permitían escribir secuencias, dibujos e incluso, interpretar temas en un órgano real a su escala.

En la actualidad contamos con autómatas que están en nuestras manos y en nuestras vidas, mira algunos ejemplos:

Los Relojes Suizos

Los Relojes de Pared

Las Cajas Musicales

Los Carruseles de Niños

Construyendo un Automáta

Nosotros podemos realizar nuestro propio autómata. A continuación, realizaremos nuestro propio autómata.

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Modelos de Autómatas

PROYECTOS DE INNOVACIÓN

Google Cars

Google Car, es el proyecto que construye automóviles con el objetivo de hacer posible la conducción automática, sin piloto. Se mueven por medio de sensores, cámaras y telémetros de láser que detectan el tráfico, otros carros o cualquier percepción que el ser humano tiene al conducir. Están cada vez más cerca de las calles y carreteras del mundo.

Google ha mostrado su prototipo de vehículo auto-pilotado Google Cars en el marco de las conferencias TED (Technology Entertainment and Design). Las pruebas han sido un éxito e, incluso, ha logrado transitar esquivando un ciervo, según informa el diario español “ABC”. Sus creadores solo programan la ruta y el auto llega a su destino.

Para ello, utiliza el análisis en tiempo real para identificar el estado de la carretera o posibles obstáculos. Esta información es recogida por sensores que se conectan con una gran base de datos con todos los mapas y detalles acerca de la señalización en las vías.

Robear

Bautizado como Robear (acrónimo de robot y "bear", oso en inglés). Robear incorpora tres tipos de sensores destinados a calcular la fuerza y la posición necesarias para realizar tareas como levantar a una persona sin que corra peligro. Este robot ha sido pensado para aliviar la carga de trabajo sobre los cuidadores, el personal sanitario y mejorar la calidad de vida de las personas que lo necesiten.

Más que un enfermero, se podría decir “Robear” es un asistente para personas mayores o con problemas de movilidad, con mucha fuerza para poder cargar con personas en diferentes circunstancias, manteniendo la delicadeza necesaria en las operaciones.

La máquina es la tercera evolución que realiza el Instituto Riken. El primer modelo apareció en 2009, conocido como RIBA. La segunda evolución - RIBA-II - llegó en 2011. La especialidad de la casa es la de cargar a personas desde o hacia una cama, con un poco de asistencia humana.

Asimo

Asimo es el nombre del robot humanoide creado por Honda. Reconoce personas, evita colisiones, puede mantener conversaciones mediante el desarrollo de la inteligencia artificial. Se espera que en un futuro sea capaz de ayudar para convertirse en los ojos, oídos, manos y piernas de todo aquel que lo necesite.

El más reciente ASIMO, presentado en noviembre de 2011, evolucionó para convertirse en una máquina autónoma con la capacidad de tomar decisiones y hacer cambios en su comportamiento de acuerdo al entorno en el que esté. Estos avances acercan a ASIMO un paso más hacia un uso práctico en ambientes de coexistencia con el ser humano.

A través de la creación y actualización constante de este robot humanoide, Honda reitera su compromiso con la sociedad, haciendo uso de la tecnología para mejorar la calidad de vida de los usuarios.

Robótica en la Actualidad

Robot Zooids

Los Zooids son un grupo de pequeños robots que fueron presentados en el congreso Software y Tecnología para interfaz del usuario (UIST) 2016 que se celebró en Tokio. Se trata de un enjambre de insectos, los Zooids actúa velozmente de forma cooperativa. Reciben este nombre porque deriva de la palabra “zooide” o criatura de colonia. Cada robot mite 26mm de diámetro y 21mm de alto. Tiene un peso de 12 gramos por unidad.

Controladores para cuadrúpedos

Investigadores de la Universidad de Jaén (España) han creado un sistema para mantener el equilibrio en robots articulados con cuatro patas. El nuevo modelo rectifica trayectorias y reconduce el movimiento ante imprevistos.

El estudio realizado ha sido publicado en la revista Sistemas Autónomos y Robótica. El investigador del estudio Ángel Gaspar González Rodríguez, de la Universidad de Jaén indica “Hemos conseguido que tan sólo dando unos pasos con las cuatro patas, el animal robótico no caiga y mantenga la estabilidad después de recibir una fuerza lateral. Lo que puede parecer muy simple es fruto de complejas estructuras en los nuevos controladores que hemos diseñado”.

Antonio González Rodríguez

Hiroshi Ishiguro

La fascinación por el doble, el otro que es igual que yo pero no es yo, ha acompañado al ser humano desde tiempos antiguos. Mitos tan remotos como el del héroe sumerio Gilgamesh (fechado en el año 2.650 antes de nuestra era) y su “hermano” de arcilla Enkidu, enviado por los dioses para castigar la soberbia del rey, muestran que esa dualidad de la propia personalidad ha alimentado nuestra imaginación desde que comenzamos a preguntarnos sobre nuestra propia existencia. En la literatura, especialmente a partir del Romanticismo, el doble adquiere un papel protagónico en muchas obras: “El doctor Jeckill y Mr Hyde” (Robert Louis Stevenson), “El Doble” (Fiodor Dostoievski), “La sombra” (Hans Christian Andersen) o “El hombre duplicado” (José Saramago) son sólo algunos títulos clásicos de los cientos de ejemplos que han abordado el tema.

Pero, ¿y si ese doble no fuera una figura literaria ni una proyección de la propia personalidad como sugieren las teorías psicológicas de Jung? ¿Y si realmente pudiéramos fabricarnos gracias a las nuevas tecnologías un doble capaz de interactuar con el mundo? Tan real, tan físico, que pudiera ser confundido con nosotros mismos. Hiroshi Ishiguro está convencido de que puede lograrlo.

Ishiguro es director del Laboratorio de Inteligencia Robótica en la Escuela de Ingeniería de la universidad de Osaka, y sus trabajos han alcanzado repercusión mundial gracias a su originalidad. Su proyecto más conocido, Geminoid, es un humanoide idéntico a su creador. Este Ishiguro de metal, silicona y plástico actúa como un avatar que captura la voz y los movimientos faciales del científico japonés. Un doble robótico, el sueño de muchos autores de ciencia ficción hecho realidad.

Hugh Herr

Hugh Herr tenía 17 años cuando sufrió un accidente de montaña que cambió el curso de su vida. Fue en 1982, cuando el hoy célebre ingeniero del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en EE.UU., se perdió durante una escalada en New Hampshire y pasó varias noches a temperaturas inferiores a los 20 grados bajo cero.

Herr sobrevivió, pero debieron amputarle ambas piernas por debajo de las rodillas. Frustrado por la falta de funcionalidad de las primeras prótesis que le ofrecieron, el científico decidió dedicar su vida a diseñar y crear piezas que sí le permitieran, a él y a cientos de personas, recuperar la libertad de movimiento.

Herr recibirá en octubre el premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica por las prótesis biónicas que ha venido diseñando durante dos décadas. Y la máxima que ha guiado su vida desde su accidente está en el corazón de su profunda pasión por innovar.

"Los seres humanos no se rompen, es la tecnología la que es insuficiente" "Luego de mi accidente, me di cuenta rápidamente que un ser humano nunca puede ser 'discapacitado'", dijo Herr a BBC Mundo.

Roomba

Roomba es un aspirador robótico fabricado y vendido por “iRobot”. El Roomba se lanzó al mercado en 2002, y se calcula que en febrero de 2014 ya se habían vendido más de 10 millones de unidades en todo el mundo. El robot aspirador Roomba incluye sensores (táctiles, ópticos y acústicos, dependiendo de cada serie y modelo) que le permite, entre otras cosas, detectar obstáculos, acumulaciones de residuos en el suelo y desniveles pronunciados tales como escaleras. Utiliza dos ruedas motrices independientes que le permiten ejecutar giros de hasta 360 grados. Adicionalmente, se le puede programar para realizar otras funciones más creativas mediante un ordenador y haciendo uso de la denominada "Roomba Open Interface".

Domótica

Se considera un sistema domótico o "inteligente" a aquel que bajo una misma central gestiona todos los servicios de una vivienda, para el máximo aprovechamiento de todo lo instalado. Por ejemplo: Está amaneciendo, anoche el sistema de riego se puso en marcha ya que la humedad de la tierra lo necesitaba. Las persianas del salón suben un 50 por ciento dejando entrar los primeros rayos de sol. La recirculación de agua se activa para cuando me levante el agua caliente brote instantáneamente del grifo. El teléfono de mi habitación suena lo descuelgo y el sistema me da los buenos días, las persianas suben un 98 por ciento dejando entrever el nuevo día. Me levanto y me voy al baño las luces indirectas se encienden para no dañarme la vista mientras me ducho.

El sistema desconecta la seguridad que ha vigilado por mi familia toda la noche. En el cuarto de los niños el sistema ha aumentado la temperatura ambiente en la habitación, queda media hora para que se levanten. Después de ducharme y asearme, salgo a mi habitación y las persianas están totalmente subidas permitiéndole ver que se activa la fuente del jardín.

Me encamino a la cocina y las luces del pasillo y escaleras se me encienden a mi paso con la seguridad de no dejarlas encendidas, ya que al cabo de varios segundos se apagará si no detectan presencia. Al pasar por el cuarto de los niños las persianas se están subiendo al 98%, quedan pocos minutos para levantarlos.

Kits de Robótica Educativos

Fischertechnik

El material Fischertechnik tiene una gran experiencia en el mundo educativo y se encuentra presente en todos los países desarrollados con buenos resultados. Este material puede ser usado en diferentes niveles educativos. A diferencia de otros sistemas, utiliza un sistema de montaje más próximo a la realidad al utilizar piezas encajadas mediante conexiones y no a modo de encaje que es el sistema utilizado en otros materiales adecuados para el mundo del juguete.

Todo el material viene acompañado de manuales perfectamente ilustrados y en diferentes idiomas, incluido el castellano. El alumno puede construir su propio proyecto y además el controlador es el más potente del mercado y admite programas en cualquier lenguaje.

KIT FISCHERTECHNIK ROBOTICS MINI BOTS

FISCHERTECHNIK NEUMÁTICA

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LEGO - WeDo 2.0

LEGO WeDo 2.0 sigue siendo un kit de robótica para iniciarse a edades tempranas (a partir de los 7 años) basado en un motor y un par de sensores (inclinación y distancia), su conectividad puede ser a través de Bluetooth (antes cable USB) y la ahora compatibilidad con PC, Mac y también tablets iOS y Android con su software específico.

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LEGO - Mindstorms EV3

Es igual al kit anterior de LEGO, que son para alumnos de secundaria. Con algunas diferencias, se ha cambiado el sensor de luz por un sensor de color que puede detectar hasta 7 colores, se ha cambiado un servomotor por uno interactivo mediano, para movimientos que necesitan precisión pero no de mucha potencia. Además, el cerebro que proviene del kit EV3, permite realizar una programación más avanzada en sí mismo, lo cual era imposible en su anterior versión.

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RoboRobo

El kit RoboRobo ayuda a los niños a entender la tecnología robot y varios componentes tales como placa de la CPU (computadora), sensores como son los de contacto, infrarrojos, sonido; también de los motores que son DC y servo, y control remoto. Además, No es difícil de montar/desmontar en cualquier momento, ya que tiene un módulo de circuito de seguridad. Pueden aprender a montar y desmontar todo tipo de robot, cómo controlar el robot por su auto-programación. En todo el proceso de montaje y desmontaje y actividad de programación, pueden fortalecer la percepción espacial, desarrollar el poder del cerebro y habilidad para la programación. Este kit está desarrollado por medio de placas que son ensambladas por medio de tornillos y tuercas.