VIDEOS DE LA HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LA ROBÓTICA

LA ROBOTICA APLICADA EN LA SEGURIDAD CIVIL

Desde que se conocen las tres primeras "formulaciones matemáticas impresas en los senderos positrónicos del cerebro" que Asimov decía que todo robot debía tener, ya se vislumbraba la intención de proteger al ser humano. Ya se establecía entonces que el valor de una vida humana sería superior al de un robot; sin embargo, la supuesta ética que se pretende implantar en los robots con estas leyes entra en conflicto cuando los robots intentan aplicarse a las áreas de defensa y seguridad. 

Hay que tener en cuenta que muchos de los avances en robótica de seguridad civil vienen heredados de las investigaciones militares de Defensa, es por ello a veces difícil delimitar el uso de un determinado robot en un área concreta.

Una de las mayores ventajas del uso de los robots es que puede realizar ciertas tareas en las que un ser humano correría riesgos debido a entornos hostiles o peligrosidad en la tarea en sí, o incluso también en aquellas en las que las capacidades humanas están limitadas por la fisonomía y factores como la fuerza o precisión. En la mayor parte de estos casos el robot no tiene por qué desarrollar su trabajo en un entorno especialmente adaptado a sus características,de hecho podría ser totalmente desconocido, continuamente cambiante y con una importante interacción con las personas.

CLASIFICACIÓN DE ACTIVIDADES Y TIPOS DE

ARQUITECTURAS DE ROBOTS

Para poder crear un entorno seguro y proteger ante posibles amenazas es necesario analizar el término “seguridad”. Son cinco las claves que hay que tener en cuenta: Prevención, Protección, Preparación, Respuesta y Recuperación.

Según esto las actividades que los robots realizan en la actualidad en este campo pueden ser: vigilancia de perímetros de seguridad mediante rondas de patrullas, reconocimiento de posibles amenazas (como detección de armas o sustancias peligrosas y/o nocivas), adquisición de datos en zonas peligrosas/contaminadas, acceso a zonas restringidas o de difícil acceso, manipulación de objetos o sustancias peligrosas y la limpieza de zonas con minas o desactivación de explosivos.

Aunque trabajen en el campo de la seguridad civil, no es muy usual que dichos robots tengan elementos de retención, ataque o disuasorios. Suele tratarse de sistemas no ofensivos debido a las barreras éticas y sociales expuestas anteriormente, aunque hay algunas excepciones que se detallarán más adelante.

Teniendo en cuenta estas características, hay diferentes tipos de robots con arquitecturas determinadas para llevar a cabo su misión. Por lo general un robot se desarrolla para trabajar en un único medio tierra mar o aire, aunque en ocasiones se diseñan para varios. Es por ello que se pueden clasificar principalmente según el entorno para el que han sido diseñados:

Robots Marinos de Seguridad Civil

En esta categoría hay que puntualizar según el robot opere bajo o sobre la superficie, según esto tenemos AUV y ASV.

ASV – Vehículos de Superficie Autónomos. En su mayoría dedicados a Defensa. En los últimos años se está extendiendo su uso a la vigilancia costera como apoyo a los guardacostas. También es frecuente utilizarlos como apoyo de superficie a unidades AUV, en trabajos de desactivación, limpieza o investigación.

Se componen en su mayoría de sistemas de flotación,rotores con hélices para la navegación. Dotados con cámaras para tener visión, ya sea bajo o sobre la superficie. En el caso de que el robot se destine a tareas de manipulación, como es frecuente en los submarinos, tendrán brazos manipuladores.

La comunicación con el dispositivo de control base para la teleoperación suele ser cableada para los submarinos e inalámbrica para los de superficie

AUV – Vehículos Submarinos Autónomos. Se utilizan sobre todo en Defensa, en seguridad civil se dedican a detección y desactivación de mina, También se enfocan a la supervisión de estructuras marítimas tras huracanes u otros desastres naturales, o para labores de limpieza.

Robots Aéreos de Seguridad Civil

Los UAV, Vehículo Aéreos No tripulados, suelen utilizarse en misiones de vigilancia a vista de pájaro, adquisiciones de datos, o de inspección remota de zonas de difícil acceso.

Tienen estructuras idénticas a vehículos aéreos tripulados de mayor escala como aviones, helicópteros o dirigibles,aunque se están experimentando con nuevas formas que ofrecen ciertas ventajas en vuelo. En este último caso se encuentran los cuadricópteros que pese a tener grandes restricciones de peso tienen una gran estabilidad. El recién patentado Phantom Sentinel pese a su forma singular tiene la ventaja de poder hacer vigilancias invisibles y cercanas al objetivo proporcionando una visión en 360º.Compuestos por rotores con hélices también disponen de un giróscopo para el control de vuelo. Además portan una cámara para proporcionar la visión, y la comunicación es inalámbrica. En ocasiones pueden llevar incorporados sensores de medición.

Robots Terrestres de Seguridad Civil

En tierra es donde más han proliferado la mayoría de robots de seguridad civil. Las áreas de aplicación suelen ser para los cuerpos de seguridad como la policía, la vigilancia privada en empresas o industria, y la vigilancia doméstica.

Los robots para cuerpos de seguridad del estado suelen heredarse de los de Defensa y aplicaciones militares. Entre ellos podemos encontrar de tipo arrojadizo para la recopilación de información en zonas hostiles, como el tipo huevo, el tipo carrete de dos ruedas, de cuatro ruedas o tipo oruga. Suelen utilizarse por fuerzas especiales, SWAT o GEOs para incursiones tácticas. Son teleoperados no

armados, y con una o varias cámaras y micrófonos paraobtener información de video y/o audio.

ROBOTS RELEVANTES EN SEGURIDAD CIVIL

Debido a la gran variedad de situaciones y por tanto de configuraciones para las que son diseñados este tipo de robots, se van a analizar tres modelos muy diferentes en el campo de la seguridad civil. 

La descripción se centrará en modelos de robots muy utilizados en la seguridad civil en la

actualidad, pero sus características pueden ser aplicadas a otros modelos y marcas de arquitectura similar.

AUNAV

La familia de vehículos robotizados AUNAV y SUPER AUNAV, ha sido creada específicamente para tareas de desactivación de explosivos, es actualmente el estándar reglamentario utilizado desde el año 2003 por todos los Grupos Policiales Españoles.

Dispone de un elaborado diseño de la pinza, que junto con su precisión y robustez, permite abordar desde las más delicadas manipulaciones hasta una fuerza destructora demás de 5.000 Kg.

La rotación de la pinza es de 360º, cuenta con movimientos suaves y precisos que permite manipulaciones de los objetos complejas y delicadas. AUNAV permite además el soporte de elementos

auxiliares como sistemas de inspección por rayos-X, disruptores, sistemas de corte o hidrocorte.

La consola de control manejar todo el vehículo AUNAV, se realiza a través de un PC portátil y un joystick. La interfaz hombre-máquina ha sido especialmente estudiada para elaborar la correspondiente aplicación de control. El acceso a cualquier función del robot puede ser realizado a través del joystick prácticamente con una sola mano.

La pantalla permite mostrar simultáneamente, tanto el estado operativo de la máquina como las imágenes obtenidas a través de las cámaras de video.

AUNAV permite la utilización de accesorios necesarios para EOD (Explosive Ordnance Disposal) y NRBQ (Nuclear, Radiológico, Biológico y Químico). Sistemas de inspección por rayos X, cañones disruptores, herramientas de hidrocorte, o escopeta que se situarán en el extremo terminal del brazo manipulador del robot.

UAV AirRobot

El AirRobot es la solución UAV de AirRobotGMBH&Co. que es un cuadricóptero que ha alcanzado gran protagonismo debido a las detenciones que se han realizado con su ayuda en el Reino Unido.

Gracias a su sistema de propulsión eléctrica silenciosa y a su reducido tamaño es prácticamente indetectable. Resulta ideal para vigilancia y observación, filmación y fotografía aérea, y se puede emplear como plataforma para cargas inferiores a 330 g.

Para su operación basta con una sola persona, que controla el avión remotamente desde el centro de control, que recibe y registra las imágenes y los datos enviados desde el UAV. Dispone de sistema de guiado basado en GPS y baliza de emergencia.

Una característica fundamental de estos sistemas es su transportabilidad, puesto que su emplazamiento es cambiante. Esto les confiere una alta rentabilidad y potencialidad, lo cual se puede conseguir gracias a la facilidad de dichos sistemas para adaptarse a las condiciones del entorno de operación.

Sus puntos fuertes son la estabilidad, lo silencioso que es frente a otros UAV, y su facilidad de vuelo y transporte.Como puntos en contra se podrían enumerar la duración de baterías que suele ser en torno a los 20 minutos, lo cual haceque sean planes de vuelo muy breves comparados con otros UAVs que tienen mayor autonomía sobre todo en vehículos de combustible.

Otra desventaja es su poca capacidad de carga, que requerirá en muchas ocasiones de elementos y sensores muy ligeros. Es por ello que este tipo de vehículos se utiliza sobre todo para tareas de vigilancia.

En cuanto a la obtención, manejo y transmisión de la información, gracias a la aplicación de nuevas técnicas de protección de la misma es posible conseguir unas comunicaciones más seguras, difíciles de detectar e interferir. Sin embargo, a pesar de los grandes avances enestas tecnologías, se siguen produciendo fallos en el sistema o errores de operación.

mSecurit

El mSecurit de MoviRobotics es un robot de vigilancia con capacidad para realizar rondas en exteriores de forma semi-autónoma, detectar intrusos y dar la alarma al centro de control.

Es la herramienta de trabajo ideal de un vigilante, al cual le proporciona toda la información de forma remota a su puesto de control, de esta manera se consigue una mayor cobertura de vigilancia, y protección ante riesgos y peligros.

Dispone de un sistema de navegación avanzada para exteriores que le permite realizar las rondas de vigilancia de forma semi-autónoma. Evita los obstáculos que encuentra en su camino, y vigila activamente todo el recorrido gracias a su sistema de detección de intrusos.

Es eficaz incluso en condiciones de oscuridad total, humo,polvo o niebla, puesto que cuenta con sensores de proximidad, cámara nocturna y térmica.En caso de intrusión, mSecurit activa la alarma en el centro de control, informando al vigilante de la situación mediante imágenes y datos. El vigilante, desde el puesto de mando, puede teleoperar el vehículo para hacer una inspección remota de la zona y obtener toda la información del lugar para tomar la decisión adecuada.

Este robot ofrece una solución de seguridad para determinadas instalaciones, que por su complejidad o extensión, plantean dificultades técnicas que hacen complicada su realización, consiguiendo un ahorro en costes de instalación de sistemas de seguridad fijos.

Aplicaciones:

• Exteriores e interiores.
• Zonas perimetrales.
• Puertos,Aeropuertos, Fronteras.
• Huertos solares.
• Recintos nucleares o militares
• Polígonos vallados.
• Aparcamientos exteriores.
• Instalaciones estratégicas.
• Instalaciones militares.
• Zonas en recintos industriales con riesgo de
• concentraciones de gases

LA ROBOTICA APLICADA EN LA MEDICINA

La Robótica en la medicina es la aplicación de robots en diversas ramas de la medicina como a nivel quirúrgico, utilización de prótesis robóticas, en la rehabilitación de pacientes y despacho de medicamentos, entre otros.

Robots de Cirugía

• Asisten al cirujano durante las cirugías.
• En operaciones laparoscópicas. 
• En situaciones donde se requiera fuerza y precisión.
• Trata de compensar las deficiencias y limitaciones del cirujano.

Clasificación de Robots de cirugía

 * Robots teleoperados para operaciones con mínima invasión.
 * Robots autónomos
 * Robots de navegación interactiva
 * Micro máquinas

Algunos robots de cirugía

Cirugía articular

Se utilizan robots para fresar el hueso en que se va a colocar una prótesis de cadera o rodilla (CASPAR).

Los modelos comerciales son:

• CASPAR de Ortomaquet
• ROBODOC® de ISS (Integrated Surgical Systems)

El Robodoc

Especialista en operaciones de cadera

• Se realiza una única cirugía
• El software crea un fémur virtual en 3D
• El robot detecta los puntos sobresalientes del hueso, los compara con el modelo, y lleva a cabo el fresado.

CASPAR

 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

Ventajas

• Mejor superficie de contacto hueso-prótesis (90% contra 50%) =>     Disminución de complicaciones post-operatorias
• Evita fisuras y fragilización ósea
• Menos daño cortical => Reducción del dolor => Reducción del tiempo de hospitalización y de convalescencia

Cirugía mínimamente invasiva

La cirugía de mínima invasión contribuyó a mejorar el acto quirúrgico disminuyendo el dolor y las complicaciones postoperatorias.

Actualmente encontramos 2 robots en el mercado:

• DA VINCI™ de Intuitive Surgical
• ZEUS™ de Computer Motion

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

ZEUS

Es un asistente de pabellón controlado por la voz

• Los brazos con las herramientas se fijan sobre la mesa de cirugía
• Sólo tiene 5 grados de libertad (es una transposición robótica de las técnicas clásicas)

Ventajas

• El cirujano trabaja en una posición más cómoda, lo que reduce su fatiga
• Elimina los temblores en la imagen de video, debidos a movimientos del operador
• Reduce el tiempo de hospitalización debido a que se realizan cortes más precisos

Algunos robots de rehabilitación

• Útil para la rehabilitación de enfermos y accidentados.
• Incluye diversos ingenios mecánicos: miembros artificiales,  robots para terapias de rehabilitación y  asistenciales
  
  

  

  
  
  

  Sistema Lokomat

  
  

  Provee adiestramiento para andar, enseñando a la medula espinal y al cerebro del paciente.

  
  

  
  

  Prótesis robotizadas
  
  
• Es un elemento desarrollado con el fin de reemplazar una parte o un miembro del cuerpo.
• Mejoran la calidad de vida de las personas.

Brazos biónicos

Las nuevas prótesis mioeléctricas se controlan con el pensamiento y son capaces de percibir sensaciones como la presión.

Ojos biónicos

Son implantes de retina o corticales que ayudan a recuperar la visión mediante la estimulación de las áreas afectadas.

Robots asistenciales

Son robots  asistentes en actividades de la vida cotidiana, como alimentarse, afeitarse, cepillarse los dientes y rascarse.

El Rewalk

Este dispositivo ayuda a los parapléjicos a levantarse, caminar y subir escaleras. 

Origen y Desarrollo de la Robótica.

La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's Universal Robot (R.U.R.). Su origen es de la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de manera forzada.

Con el objetivo de diseñar una maquina flexible, adaptable al entorno y de fácil manejo, George Devol, pionero de la Robótica Industrial, patento en 1948, un manipulador programable que fue el germen del robot industrial.

En 1948 R.C. Goertz del Argonne National Laboratory desarrollo, con el objetivo de manipular elementos radioactivos sin riesgo para el operador, el primer tele manipulador. Este consistía en un dispositivo mecánico maestro-esclavo. El manipulador maestro, reproducía fielmente los movimientos de este. El operador además de poder observar a través de un grueso cristal el resultado de sus acciones, sentía a través del dispositivo maestro, las fuerzas que el esclavo ejercía sobre el entorno.

Años mas tarde, en 1954, Goertz hizo uso de la tecnología electrónica y del servocontrol sustituyendo la transmisión mecánica por eléctrica y desarrollando así el primer tele manipulador con servocontrol bilateral. Otro de los pioneros de la tele manipulación fue Ralph Mosher, ingeniero de la General Electric que en 1958 desarrollo un dispositivo denominado Handy-Man, consistente en dos brazos mecánicos teleoperados mediante un maestro del tipo denominado exoesqueleto. Junto a la industria nuclear, a lo largo de los años sesenta la industria submarina comenzó a interesarse por el uso de los tele manipuladores.

A este interés se sumo la industria espacial en los años setenta.

La evolución de los tele manipuladores a lo largo de los últimos años no ha sido tan espectacular como la de los robots. Recluidos en un mercado selecto y limitado(industria nuclear, militar, espacial, etc.) son en general desconocidos y comparativamente poco atendidos por los investiga- dores y usuarios de robots. Por su propia concepción, un tele manipulador precisa el mando continuo de un operador, y salvo por las aportaciones incorporadas con el concepto del control supervisado y la mejora de la tele presencia promovida hoy día por la realidad virtual, sus capacidades no han variado mucho respecto a las de sus orígenes.

La sustitución del operador por un programa de ordenador que controlase los movimientos del manipulador dio paso al concepto de robot.

La primera patente de un dispositivo robotico fue solicitada en marzo de 1954 por el inventor británico C.W. Kenward. Dicha patente fue emitida en el Reino Unido en 1957, sin embargo fue Geoge C. Devol, ingeniero norteamericano, inventor y autor de varias patentes, él estableció las bases del robot industrial moderno. En 1954 Devol concibió la idea de un dispositivo de transferencia de artículos programada que se patento en Estados Unidos en 1961.

En 1956 Joseph F. Engelberger, director de ingeniería de la división aeroespacial de la empresa Manning Maxwell y Moore en Stanford, Conneticut. Juntos Devol y Engelberger comenzaron a trabajar en la utilización industrial de sus maquinas, fundando la Consolidated Controls Corporation, que más tarde se convierte en Unimation(Universal Automation), e instalando su primera maquina Unimate (1960), en la fabrica de General Motors de Trenton, Nueva Jersey, en una aplicación de fundición por inyección.

Otras grandes empresas como AMF, emprendieron la construcción de maquinas similares (Versatran- 1963.

En 1968 J.F. Engelberger visito Japón y poco más tarde se firmaron acuerdos con Kawasaki para la construcción de robots tipo Unimate. El crecimiento de la robótica en Japón aventaja en breve a los Estados Unidos gracias a Nissan, que formo la primera asociación robótica del mundo, la Asociación de Robótica industrial de Japón (JIRA) en 1972. Dos años mas tarde se formo el Instituto de Robótica de América (RIA), que en 1984 cambio su nombre por el de Asociación de Industrias Robóticas, manteniendo las mismas siglas (RIA.

Por su parte Europa tuvo un despertar más tardío. En 1973 la firma sueca ASEA construyo el primer robot con accionamiento totalmente eléctrico, en 1980 se fundo la Federación Internacional de Robótica con sede en Estocolmo Suecia.

La configuración de los primeros robots respondía a las denominadas configuraciones esférica y antropomórfica, de uso especialmente valido para la manipulación. En 1982, el profesor Makino de la Universidad Yamanashi de Japón, desarrolla el concepto de robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) que busca un robot con un numero reducido en grados de libertad (3 o 4), un coste limitado y una configuración orientada al ensamblado de piezas.

La definición del robot industrial, como una maquina que puede efectuar un numero diverso de trabajos, automáticamente, mediante la programación previa, no es valida, por que existen bastantes maquinas de control numérico que cumplen esos requisitos. Una peculiaridad de los robots es su estructura de brazo mecánico y otra su adaptabilidad a diferentes aprehensores o herramientas. Otra característica especifica del robot, es la posibilidad de llevar a cabo trabajos completamente diferentes e, incluso, tomar decisiones según la información procedente del mundo exterior, mediante el adecuado programa operativo en su sistema informatico.

    Se pueden distinguir cinco fases relevantes en el desarrollo de la Robótica Industrial:

1. El laboratorio ARGONNE diseña, en 1950, manipuladores amo-esclavo para manejar material radioactivo.

2. Unimation, fundada en 1958 por Engelberger y hoy absorbida por Whestinghouse, realiza los primeros proyectos de robots a principios de la década de los sesentas de nuestro siglo, instalando el primero en 1961 y posteriormente, en 1967, un conjunto de ellos en una factoría de general motors. Tres años después, se inicia la implantación de los robots en Europa, especialmente en el área de fabricación de automóviles. Japón comienza a implementar esta tecnología hasta 1968.

3. Los laboratorios de la Universidad de Stanford y del MIT acometen, en 1970, la tarea de controlar un robot mediante computador.

4. En el año de 1975, la aplicación del microprocesador, transforma la imagen y las características del robot, hasta entonces grande y costoso.

5. A partir de 1980, el fuerte impulso en la investigación, por parte de las empresas fabricantes de robots, otros auxiliares y diversos departamentos de Universidades de todo el mundo, sobre la informática aplicada y la experimentación de los sensores, cada vez mas perfeccionados, potencian la configuración del robot inteligente capaz de adaptarse al ambiente y tomar decisiones en tiempo real, adecuarlas para cada situación.

En esta fase que dura desde 1975 hasta 1980, la conjunción de los efectos de la revolución de la Microelectrónica y la revitalización de las empresas automovilísticas, produjo un crecimiento acumulativo del parque de robots, cercano al 25%.

La evolución de los robots industriales desde sus principios ha sido vertiginosa. En poco mas de 30 años las investigaciones y desarrollos sobre robótica industrial han permitido que los robots tomen posiciones en casi todas las áreas productivas y tipos de industria. En pequeñas o grandes fabricas, los robots pueden sustituir al hombre en aquellas áreas repetitivas y hostiles, adaptándose inmediatamente a los cambios de producción solicitados por la demanda variable.