jueves, 14 de diciembre de 2006

La Robotica

Proyecto de Investigación acerca de la Robótica

Breve Evolución de la Robótic
La historia de la robótica ha estado unida a la construcción de "artefactos", que trataban de materializar el deseo humano de crear seres semejantes a nosotros que nos descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (que construyó el primer mando a distancia para su torpedo automóvil mediante telegrafía sin hilodrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingénios) acuñó el término "automática" en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos.
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots.
Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión.
En los últimos años muchos investigadores enfrentados a la complejidad de los sistemas a desarrollar han comenzado a buscar en la naturaleza, y en particular en la evolución, un mecanismo que permita la obtención de sus sistemas de manera automática a partir de su interacción con los entornos y las tareas a desarrollar.

¿ Qué es la Robótica ?
La Robótica es una nueva tecnología, que surgió como tal aproximadamente hacia el año 1960, desde entonces han transcurrido pocos años y el interés que ha despertado es superior a cualquier previsión que en su nacimiento se pudiera formular, siguiendo un proceso paralelo a la introducción de los ordenadores en las actividades cotidianas de la vida del hombre, aunque si bien todavía los robots no han encontrado la vía de penetración en los hogares, pero sí son un elemento ya imprescindible en la mayoría de las industrias.

Clasificación de la Robótica
La generación de un robot se determina por el orden histórico de desarrollos en la robótica. Cinco generaciones son normalmente asignadas a los robots industriales. La tercera generación es utilizada en la industria, la cuarta se desarrolla en los laboratorios de investigación, y la quinta generación es un gran sueño.
1.- Robots Play-back, los cuales regeneran una secuencia de instrucciones grabadas, como un robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura por arco. Estos robots comúnmente tienen un control de lazo abierto.
2.- Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos obtenidos por sensores.
3.- Robots controlados por visión, donde los robots pueden manipular un objeto al utilizar información desde un sistema de visión.
4.- Robots controlados adaptablemente, donde los robots pueden automáticamente reprogramar sus acciones sobre la base de los datos obtenidos por los sensores.
5.- Robots con inteligencia artificial, donde las robots utilizan las técnicas de inteligencia artificial para hacer sus propias decisiones y resolver problemas.
El Mercado de la Robótica y las Perspectivas Futuras
Las ventas anuales para robots industriales han ido creciendo en Estados Unidos a razón del 25% de acuerdo a estadísticas del año 1981 a 1992. El incremento de ésta tasa se debe a factores muy diversos. En primer lugar, hay más personas en la industria que tienen conocimiento de la tecnología y de su potencial para sus aplicaciones de utilidad. En segundo lugar, la tecnología de la robótica mejorará en los próximos años de manera que hará a los robots más amistosos con el usuario, más fáciles de interconectar con otro hardware y más sencillos de instalar.
La robótica es una tecnología con futuro y también para el futuro. Si continúan las tendencias actuales, y si algunos de los estudios de investigación en el laboratorio actualmente en curso se convierten finalmente en una tecnología factible, los robots del futuro serán unidades móviles con uno o más brazos, capacidades de sensores múltiples y con la misma potencia de procesamiento de datos y de cálculo que las grandes computadoras actuales. Serán capaces de responder a ordenes dadas con voz humana. Así mismo serán capaces de recibir instrucciones generales y traducirlas, con el uso de la inteligencia artificial en un conjunto específico de acciones requeridas para llevarlas a cabo. Podrán ver, oír, palpar, aplicar una fuerza media con precisión a un objeto y desplazarse por sus propios medios.

Aplicaciones
Los robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde robots tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria automotriz, hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial.
Cada robot lleva consigo su problemática propia y sus soluciones afines; no obstante que mucha gente considera que la automatización de procesos a través de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que la introducción de la tecnología robótica en la industria, ya ha causado un gran impacto. En este sentido la industria Automotriz desempeña un papel preponderante.
Es necesario hacer mención de los problemas de tipo social, económicos e incluso político, que puede generar una mala orientación de robotización de la industria. Se hace indispensable que la planificación de los recursos humanos, tecnológicos y financieros se realice de una manera inteligente.

¿Un Coche Autónomo es un Robot?
Un coche que es capaz de ir de Madrid a Barcelona sin conductor ¿es un robot?: Un coche es una maquina, o eso dice el diccionario hoy en dia. Sin embargo el sistema informático, electrónico y mecánico que controla el coche y le permite llegar a su destino sí sería un robot.
Quizás en el año 2015 el conductor robotizado de un coche sea tan poco llamativo para el público como una batidora en 2004.

Importancia de la Robótica en la Industria
El diseño e implementación de procesos cada vez más automatizados, es lo que ha permitido a la industria automotriz fabricar cantidades inimaginables de autos por año a precios competitivos, sin descuidar su calidad y seguridad.

Actualmente resulta difícil que alguno de los sectores de nuestra vida diaria, de la economía o de la técnica, pueda prescindir del uso de los plásticos. Sólo basta con mirar a nuestro alrededor y analizar cuántos objetos son de plástico, para visualizar la importancia de este material que, por supuesto, se refleja en los índices de crecimiento que ha desarrollado en las últimas décadas.
Hablar de automatización para esta industria nos hace pensar en sumas considerables de dinero para invertir en su implementación, pero considerando la disminución del scrap y los altos volúmenes de producción, el precio que tiene la automatización en los procesos es realmente bajo.

La reducción de costos, objetivo principal de cualquier compañía, viene de las mejoras tecnológicas que incluyen cada vez más componentes electrónicos en los vehículos; lo cual provoca que un manejo cuidadoso de las piezas sea necesario durante el ensamble.
Aunque existen muchas definiciones sobre lo que significa tecnología, la que seguiremos es la propuesta por Banta, en la que tecnología medica se define como cualquier técnica o herramienta, producto o proceso, método o aparato que permita ampliar las capacidades humanas.

CONTEXTO ACTUAL DE LA ROBOTICA
En el contexto actual la noción de robótica implica una cierta idea preconcebida de una estructura mecánica universal capaz de adaptarse, como el hombre, a muy diversos tipos de acciones y en las que concurren, en mayor o menor grado según los casos, las características de movilidad, programación, autonomía y multifuncionalidad. Pero en sentido actual, abarca una amplia gama de dispositivos con muy diversos trazos físicos y funcionales asociados a la particular estructura mecánica de aquellos, asus cara cterísticas operativas y al campo de aplicación para el que se han concebido. Es además evidente que todos estos factores están íntimamente relacionados, de tal forma que la configuración y el comportamiento de un robot condicionan su adecuación para un c ampo determinado de aplicaciones y viceversa, y ello a pesar de la versatibilidad inherente al propio concepto de robot.

Robots de Ultima Generación
La empresa Sega Toys Ltd. anunció que presentará el 1 de abril un perro robot, mucho más barato que el de Sony Corp. El robot de Sega se llamará Poo-Chi y será menos complejo que el AIBO de Sony. Por otra parte, costará el equivalente a 28 dólares mientras que el precio del AIBO era de 2.500 dólares. Poo-Chi tiene menos capacidad de aprendizaje y menos sensibilidad. Pero responde a la luz, al tacto y el sonido. Un visor colocado en el lugar en que estarían los ojos de un perro verdadero muestra formas diferentes para indicar ``estados de ánimo''. El ``perrito'' mide 17 centímetros y pesa 365 gramos, y es alimentado por baterías. Sega espera vender en un año en Japón un millón de unidades. Como precedente, los 5.000 AIBO que fabricó Sony, a pesar de su precio, se vendieron en cuestión de días. Sony hizo 10.000 más y los vendió durante un ``programa de adopción'' de una semana en noviembre.
Tipos de Robots
· Robots impulsados neumaticamente: La programación consiste en la conexión de tubos de plástico a unos manguitos de unión de la unidad de control neumático. Esta unidad está formada por dos partes: una superior y una inferior. La parte inferior es un secuenciador que proporciona presión y vacío al conjunto de manguitos de unión en una secuencia controlada por el tiempo. La parte superior es el conjunto de manguitos de unión que activan cada una de las piezas móviles del robot. Son los más simples que existen. Hay quien opina que a este tipo de máquinas no se les debería llamar robots; sin embargo, en ellas se encuentran todos los elementos básicos de un robot: estas máquinas son programables, automáticas y pueden realizar gran variedad de movimientos.
·Robots equipados con servomecanismos: El uso de servomecanismos va ligado al uso de sensores, como los potenciómetros, que informan de la posición del brazo o la pieza que se ha movido del robot, una vez éste ha ejecutado una orden transmitida. Esta posición es comparada con la que realmente debería adoptar el brazo o la pieza después de la ejecución de la orden; si no es la misma, se efectúa un movimiento más hasta llegar a la posición indicada.
· Robots punto a punto: La programación se efectúa mediante una caja de control que posee un botón de control de velocidad, mediante el cual se puede ordenar al robot la ejecución de los movimientos paso a paso. Se clasifican, por orden de ejecución, los pasos que el robot debe seguir, al mismo tiempo que se puede ir grabando en la memoria la posición de cada paso. Este será el programa que el robot ejecutará. Una vez terminada la programación, el robot inicia su trabajo según las instrucciones del programa. A este tipo de robots se les llama punto a punto, porque el camino trazado para la realización de su trabajo está definido por pocos puntos.
·Robots controlados por computadora: Se pueden controlar mediante computadora. Con ella es posible programar el robot para que mueva sus brazos en línea recta o describiendo cualquier otra figura geométrica entre puntos preestablecidos. La programación se realiza mediante una caja de control o mediante el teclado de la computadora. La computadora permite además acelerar más o menos los movimientos del robot, para facilitar la manipulación de objetos pesados.

Definición de Inteligencia Artificial
La inteligencia artificial estudia como lograr que las máquinas realicen tareas que, por el momento, son realizadas mejor por los seres humanos. La definición es efímera porque hace referencia al estado actual de la informática. No incluye áreas que potencialmente tienen un gran impacto tales como aquellos problemas que no pueden ser resueltos adecuadamente ni por los seres humanos ni por las máquinas. Al principio se hizo hincapié en las tareas formales como juegos y demostración de teoremas, juegos como las damas y el ajedrez demostraron interés. La geometría fue otro punto de interés y se hizo un demostrador llamado: El demostrador de Galenter. Se enfocaron los estudios hacia un problema muy importante denominado Comprensión del lenguaje natural. No obstante el éxito que ha tenido la IA se basa en la creación de los sistemas expertos, y de hecho áreas en donde se debe tener alto conocimiento de alguna disciplina se han dominado no así las de sentido común.
Beneficios

El beneficio que los robots generan es increíble para los trabajadores, industrias y países. Obviamente estos beneficios dependerán de la correcta implementación de los mismos, es decir, se deben utilizar en las labores adecuadas, por ejemplo manipulando objetos muy pesados, sustancias peligrosas o bien trabajando en situaciones extremas o dañinas para el hombre; y más bien dejando a los seres humanos realizar las tareas de técnicos, ingenieros, programadores y supervisores. ¿Pero cuáles son esos beneficios? Podemos mencionar el mejoramiento en el manejo, control y productividad, todo esto asociado a una significativa mejora en cuanto a la calidad del producto terminado, factor determinante en un mundo globalizado.
Arquitectura de un Robot
El concepto de arquitectura de un robot se refiere primordialmente al software y hardware que definen el ámbito de control de una máquina de este tipo. Una tarjeta controladora que ejecuta algún software para operar motores no constituye por sí misma la arquitectura, más bien el desarrollo de módulos de software y la comunicación entre ellos y el hardware lo que la define realmente.

Los sistemas robóticos son complejos y tienden a ser difíciles de desarrollar, esto debido a la gran variedad de sensores que deben integrar, así como delimitar su rango de acción, por ejemplo en un brazo robot cuál va a ser el radio de giro o la altura máxima a la que puede levantar algún objeto que está manipulando.

La nueva tendencia para el desarrollo de arquitectura robótica se ha enfocado en lo que podemos nombrar sistemas reactivos o bien basados en el entorno, esto quiere decir que los robots tendrán la capacidad de reaccionar sin necesidad de la intervención humana ante ciertas situaciones de eventual peligro para la máquina. Un claro ejemplo de este tipo de diseño es el robot utilizado para la exploración en Marte, el cual mediante sensores determina el ambiente que lo rodea y puede tomar la decisión más acertada acerca de la ruta u operación a realizar. Todo esto está motivado por el tiempo que tomaría en llegar a la superficie marciana las órdenes desde la Tierra.

lunes, 4 de diciembre de 2006

Nanotecnología

La Nanotecnologia 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.
La nanociencia está unida en gran medida desde la década de los 80 con Drexler y sus aportaciones a la"nanotecnología molecular", esto es, la construcción de nanomáquinas hechas de átomos y que son capaces de construir ellas mismas otros componentes moleculares.

Mientras la nanotecnología (nanotechnology) está en una etapa que podríamos calificar de pre- competitiva con aplicaciones en la práctica limitadas, las nanopartículas en cambio, se están utilizando en un buen número de industrias para usos electrónicos, magnéticos y optoelectrónicos, biomédicos, farmacéuticos, cosméticos, energéticos, catalíticos y en la ciencia de los materiales.

Ejemplos de aplicaciones de la Nanotecnología ya en el mercado:
-Nuevos sensores para aplicaciones en la medicina, en el control medioambiental y en la fabricación de productos químicos y farmaceuticos .-Mejores técnicas fotovoltaicas para fuentes de energía renovable Materiales más ligeros y más fuertes para la defensa, las industrias aeronaútica y automóvil y aplicaciones médicas.-Envolturas "inteligentes" para el mercado de alimentos, que dan a los productos una aparencia de alimento fresco y de calidad. -Tecnologías visuales que permiten pantallas mejores, más ligeras, finas y flexibles Las llamadas técnicas de diagnóstica "Lab-on-a-chip" (literalmente "Laboratorio-en-un-micro(nano)chip".

Nanotecnología y su impacto para la Construcción
Cuando se habla de la Nanotecnología solemos pensar en nano-chips o en aparatos ultra-pequeños que están siendo desarrollados por científicos para la medicina, la lucha contra el cáncer, la bioquímica, la física, etc.
La aplicación de la nanotecnología en las carreteras y la construcción también hará posible identificar y reparar de forma automática, sin intervención humana, brechas y agujeros en el asfalto o en el hormigón, y fabricar señales de tráfico que se limpian a si mismas. Se utiliza la nanotecnología para fabricar acero y hormigón más fuertes. También para la seguridad vial. Por ejemplo en algunos sitios de los Estados Unidos se han colocado nano sensores para vigilar el estado de sus puentes y detectar cualquier anomalía o riesgo.

Los científicos, académicos y colectivos que defienden el concepto de nanotecnología responsable persiguen una visión del mundo en la que la fabricación molecular se utiliza para propósitos productivos y beneficiosos, y en la que el mal uso de su potencial es limitado por una gestión eficaz de la tecnología.

Importancia tiene la Nanotecnología en el ámbito Industrial
-Tiene una importancia creciente. Por ejemplo, en el campo de la industria electrónica los componentes básicos de un chip (un microprocesador o una memoria semiconductora) tienen dimensiones nanométricas.
-En general, las estructuras de tamaño nanométrico presentan diversas propiedades mejores que las equivalentes de tamaño micrométrico: mayor velocidad de respuesta y menor consumo en el caso de dispositivos electrónicos (transistores) o más sensibilidad en sistemas sensores. También en otros entornos, la nanotecnología empieza a tener un cierto impacto: cosmética (cremas solares con nanopartículas para conseguir una mayor absorción) o en la construcción: nuevos materiales que incorporan por ejemplo nanotubos de carbono para aumentar la dureza.
-Los avances en el campo de la micro y nanoingeniería se intentan aplicar rápidamente para fabricar sistemas miniaturizados que presenten ventajas bien en su funcionalidad, coste o consumo. Se trata de una disciplina muy próxima al mundo industrial. A diferencia de otros congresos, en el celebrado la semana pasada en Barcelona, prácticamente el 35 % de los participantes pertenecen al mundo industrial.

Hasta el momento la mayor parte de las aplicaciones de la nanotecnología sehan desarrollado en los campos de electrónica, automatización, o farmacia ymedicina. Sus aplicaciones en el campo de Tecnología Agroalimentaria se prevé que producirá una revolución en dicho campo. El desarrollo de nuevos ingredientes como nano-partículas, nano-emulsiones, nano-compuestos, ymateriales con nano-estructuras tendrán un gran impacto en el desarrollo denuevos productos y sus envases. Los procesos de producción también se verán afectados por nuevos métodos derivados de la nano-biotecnología y de laingeniería basada en nano-reacciones entre otros. Y por último se podránutilizar nano-sensores y nano-dispositivos que mejoren la seguridad ytrazabilidad de los alimentos.

Aplicaciones de la Nanotecnologia
-Nano-compuestos en el área de envasado de alimentos. Porejemplo, un nuevo tipo de goma espuma para el envasado de platos preparados con mejores propiedades térmicas y biodegradable. Otro ejemplo son los nano-materiales, que se están desarrollando para poder envasar cerveza en botellas de plástico, algo imposible hasta ahora.
-que se conoce, siendo de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por unidad de peso. Estos materiales serán vitales en el futuro para la industria aeronáutica y automovilística, y serán igualmente importantes en el diseño de maquinaria industrial o en el diseño de sensores en empresasagroalimentarias.
-Vehículos de transmisión. Nano-partículas y nano-esferas permiten una mejor encapsulación y una emisión más eficiente que la de laencapsulación tradicional. Su efectividad es tal que incluso se podríanutilizar para tratamiento de alergias alimentarias.
-Nano-herramientas para bioseguridad. Pueden permitir el desarrollo de biosensores que permitan detectar agentes biológicos como Ántrax o tuberculosis en la cadena alimentaria de una forma fiable y eficaz.
-Caracterización y manipulación de biomoleculas. Desarrollo de métodos que permitan la caracterización de materiales y polímeros moleculares en nano escalas.

Las nanoestructuras de carbono han tenido una gran importancia en casi todas las áreas científicas desde su descubrimiento, desde los fullerenos, que son átomos de carbono utilizados para aplicaciones en Microelectrónica; hasta los nanotubos de carbono, estructuras descubiertas en 1991 que poseen un gran potencial de aplicación para muchos campos de la tecnología por su resistencia, interesantes propiedades eléctricas, estructurales y termales. Estas nuevas formas alotrópicas del carbono presentan unas excepcionales propiedades eléctricas, mecánicas y químicas que han permitido su aplicación como materiales semiconductores, componentes de sensores, chips y dispositivos ópticos. Este proyecto trata de consolidar una línea de investigación en el ámbito de la Química Analítica que tiene escasos antecedentes bibliográficos.

Perspectivas sobre la Nanotecnologia
-Hay que saber algo fundamental acerca de la Nanotecnología: la materia se manipula hasta llegar hasta su elemento más básico, el átomo. La Nanotecnología es un avance lógico, inevitable en el transcurso del progreso humano.
-Más que un mero progreso en el limitado campo de la tecnología, representa el proceso de nacimiento de una nueva "era" en la que usamos todas las posibilidades de la Nanotecnología. Son múltiples las áreas en las que la Nanotecnología tiene aplicaciones potenciales: desde potentes filtros solares que bloquean los rayos ultravioleta hasta nanorobots diseñados para realizar reparaciones celulares.
-Los avances en estos campos tendrán repercusión en una amplia gama de industrias como la industria de los cosméticos, la industria farmacéutica, la industria de los electrodomésticos, la industria higiénica, el sector de la construcción, el sector de las comunicaciones, la industria de seguridad y defensa y la industria de la exploración espacial. Nuestro entorno también se beneficiará, en tanto que la producción de energía será más económica y limpia y se utilizarán materiales más ecológicos.

Las nanopartículas, nanoemulsiones, nanocompuestos, etc tendrán un gran impacto en el desarrollo de nuevos productos y sus envases. Las nanociencias nos permitirán conocer de forma más exacta la composición molecular de los alimentos así como su estructura. Nos permitirán conocer por qué los componentes de los alimentos se comportan de la manera que lo hacen y cómo optimizar su uso.

La mayoría de las principales empresas de alimentación ya están investigando y ensayando los potenciales beneficios de las nanociencias en alimentos, como es el caso de empresas como Kraft Foods, Unilever o Nestlé. Se estima que más de 200 compañías a nivel mundial están investigando en el área de la nanotecnología, siendo el líder en este campo EEUU, seguido de Japón y China. Actualmente existe muy poca información de las propiedades de las nanopartículas y de su toxicidad, por lo que deben tratarse como materiales nuevos y por lo tanto deben ser testados para comprobar su inocuidad o toxicidad. Esto hace necesario el desarrollo de nuevos controles y la definición de una legislación que establezca los tipos y niveles de uso permitidos de este tipo de materiales.

En conclusión, la nanotecnología es una tecnología todavía emergente, y por lo tanto acompañada de un vacío legal que frena actualmente su desarrollo, aunque es una tecnología en la que ya se está investigando y que presenta un gran potencial para la industria alimentaria. Sólo hace falta esperar para poder ver la nanotecnología en el mercado.