Robótica y automatización

¿Qué es un robot?

Un robot es una máquina capaz de percibir el entorno con sus sensores, decidir qué hacer y actuar en consecuencia, con cierta autonomía. Esa es la clave que lo distingue de las demás máquinas. Una máquina sin más (una bicicleta, una excavadora) hace lo que la persona le ordena en cada momento. Un autómata repite siempre el mismo ciclo programado sin enterarse de nada del entorno: una lavadora o un semáforo de tiempos fijos. Un robot, en cambio, cambia su comportamiento según lo que percibe: ante distintas situaciones, distintas respuestas.

La palabra «robot» viene del checo robota («trabajo forzado») y la usó por primera vez el escritor Karel Čapek en 1920. El término «robótica» lo acuñó el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov, que también imaginó las famosas leyes de la robótica que veremos al final.

Todo robot encadena tres componentes, lo que llamamos la cadena de control: un sensor que mide algo del entorno (distancia, color, luz, temperatura…), un controlador que es el «cerebro» y decide, y un actuador que ejecuta la acción física (un motor, una rueda, una pinza, una luz). Esos motores funcionan con electricidad y mueven ruedas y engranajes, que son mecanismos como los que ya conoces.

Cuando el robot comprueba el resultado de lo que hace y se corrige, trabaja en lazo cerrado: un sensor mide, el controlador lo compara con su objetivo y ajusta. Si actúa «a ciegas», sin comprobar nada, trabaja en lazo abierto. Un riego que riega siempre a las 8:00 llueva o no es lazo abierto; un termostato que enciende o apaga la calefacción según la temperatura que mide es lazo cerrado.

Tipos de robots

Los robots se clasifican sobre todo por cómo se mueven. Conocer los tipos te ayuda a reconocerlos a tu alrededor:

• AMR (robot móvil autónomo): se desplaza eligiendo su propia ruta y esquivando obstáculos. Ejemplos: un robot de almacén de Amazon, un repartidor que circula por la acera.
• AGV (vehículo de guiado automático): se mueve siguiendo siempre una ruta fija marcada (una línea pintada, un raíl). Ejemplo: el autobús autónomo que se ha probado en Málaga.
• Robot fijo (industrial): un brazo anclado que repite movimientos con fuerza y precisión, normalmente dentro de una jaula. Es el típico de las fábricas de coches.
• Cobot (robot colaborativo): diseñado para trabajar junto a personas con seguridad, sin jaula, compartiendo la mesa de trabajo.
• Humanoide: imita la forma del cuerpo humano. Ejemplo: el robot TIAGo, de la empresa española PAL Robotics.
• Híbrido: combina varios tipos, como un brazo montado sobre una base móvil (para coger cosas y además desplazarse).

Hay robots mucho más cerca de lo que parece. En la Región de Murcia y en España: el robot quirúrgico Da Vinci opera en el hospital de La Arrixaca; en la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) se investiga en robótica; empresas como PAL Robotics (Barcelona) o Robotnik fabrican robots; y la agricultura de la huerta murciana incorpora cada vez más máquinas automáticas para recoger y clasificar fruta.

Programa tu robot

Programar un robot es darle las órdenes que decidirá y ejecutará. Se hace muy bien con bloques que encajas como piezas, sin escribir código. Con unos pocos tipos de bloque se puede hacer casi todo:

• Secuencia: órdenes una detrás de otra («avanza 40 cm», «gira 90°»).
• Bucle («repetir N veces»): repite órdenes sin tener que copiarlas. Con «repetir 4 veces: avanzar y girar 90°» dibujas un cuadrado.
• Condición («si… si no…»): el robot decide entre dos acciones según lo que detecta.
• Lazo cerrado con sensores («avanza mientras la distancia sea mayor de 10 cm»): el robot usa el sensor para corregirse y, por ejemplo, parar antes de chocar.

En el simulador «Programa tu robot» mueves un robot tipo mBot2 con estos bloques y ves al instante lo que hace: es el paso de antes de tocar el robot real.

Automatización e Industria 4.0

Automatizar es conseguir que una tarea se haga sola, sin que una persona la controle paso a paso. En una fábrica, una célula robótica es un conjunto de máquinas que trabajan coordinadas: una cinta trae las piezas, un sensor las reconoce y avisa, y un brazo las coloca donde toca. Lo interesante es cómo se comunican: el sensor no mueve el brazo, le envía una señal cuando reconoce la pieza, y el brazo, al recibirla, actúa.

Según lo que haya que distinguir se usa un sensor u otro: el sensor de color (RGB) para separar por color, una cámara que reconoce la forma, o una barrera que mide el tamaño. Que todas estas máquinas estén conectadas y se avisen entre sí para trabajar coordinadas es la idea del Internet de las cosas (IoT), la base de la llamada Industria 4.0: la cuarta revolución industrial, tras la máquina de vapor, la electricidad y la informática.

En el simulador «La célula del brazo» montas la célula, eliges el sensor adecuado y escribes los dos programas (el del sensor y el del brazo) para clasificar las cajas:

Inteligencia artificial y ética

La inteligencia artificial (IA) permite que una máquina aprenda de ejemplos en lugar de programarle una a una todas las situaciones. Un asistente de voz que aprende tus gustos, o una célula que reconoce piezas nuevas sin que se las hayan programado, usan IA. Esto abre muchas posibilidades, pero también plantea preguntas: ¿qué pasa si una máquina se equivoca?, ¿quién es el responsable?

El escritor Isaac Asimov imaginó tres leyes de la robótica para que los robots fueran seguros, por orden de prioridad: 1.ª un robot no puede dañar a un ser humano; 2.ª debe obedecer las órdenes humanas, salvo que choquen con la 1.ª; 3.ª debe protegerse a sí mismo, salvo que choque con las dos anteriores. Más tarde añadió una Ley Cero, por encima de todas: proteger a la Humanidad entera. Son ficción, pero inspiran cómo se piensa hoy la seguridad de los robots.

Por eso la Unión Europea trabaja en regular la IA y la robótica: clasifica los sistemas por nivel de riesgo para vigilar (o prohibir) los más peligrosos, y exige medidas como que una persona pueda supervisar la máquina y un botón de parada. La idea de fondo es siempre la misma: que detrás de cada robot haya personas responsables.

El proyecto: diseña tu célula de reciclaje

En el proyecto final pondrás en práctica todo lo aprendido: diseñar, montar y programar una célula robótica que clasifique residuos en sus contenedores, ella sola, usando el simulador del brazo. Tendrás que elegir el sensor adecuado al criterio (color, forma o tamaño), montar la célula al alcance del brazo y escribir los dos programas que se comunican por señales.

Lo trabajarás en cinco fases —analizar y diseñar, montar, programar, probar y mejorar, y documentar— con una rúbrica que valora no solo que funcione, sino el diseño, la depuración de los errores y una reflexión sobre las ventajas y los riesgos de automatizar. Y si tu aula tiene un robot mBot2 real, hay una variante para dar el salto del simulador al mundo físico.

Dudas frecuentes