Robòtica e IA Aplicada en la ActualidadJerson Orlando Castillo Berrios-11411205- Ing. en Telecomunicaciones

Facultad de Ingeniería Universidad Tecnológica Centroamericana Honduras (UNITEC)

jersonorlando@unitec.edu

Resumen- se comentara sobre el desarrollo, investigación, uso actual de los robots, componentes básicos en su construcción y rápido acercamiento a parecerse o imitar la fisonomìa humana, detallaremos lo màs simple posible su estructura básica, què, còmo funcionan y en que etapa de desarrollo se encuentran hoy en dìa.

I. Introducción

Esta idea esta basada en las investigaciones y construcción de droides por parte del científico Hiroshi Ishiguro, el cual con el uso de diferentes algoritmos, softwares y ciencias que estudian al ser humano los pudo construir, hoy en dìa su desarrollo va a pasos agigantados, siendo utilizados en casi todo tipo de acciones o trabajos, se explicara en que consisten los siguientes términos: Biomimetic Mechanisms, Persepciòn, Movimiento y Minimal Humans entre otras curiosidades no menos importantes. Todo lo anterior indica la importancia que debemos tener al desarrollo y estudio de la robótica que esta estrechamente unida a la IA, lo que será utilizado de forma cotidiana en el futuro cercano.

II. Hiroshi Ishiguro

Ingeniero en Sistemas, director laboratorio de robòtica inteligente y catedrático en la universidad de Osaka Japòn, considerado el 26º genio vivo de nuestra era, creador de un droide copia de si mismo llamado Geminoid.

Algunas características que el menciona: Interacciòn humano robot; emulación de la

mente humana de comprender e interactuar con otros seres humanos, es por eso lo importante de las caracterìsticas externas de los robots se parezcan lo màs posible a un humano.

Tendrán sentimientos; se puede decir que un androide puede imitar una emociòn simple como el dolor, pero aùn no sabemos nada sobre emociones nos falta una definion exacta. [1]

Ilustración 1: Droide Geminoid_2007

III. Caracterìsticas Roboticas

A. Biomimètica ò Biomimèsis

Bio-vida, Mimèsis-imitar, ciencia que estudia e imita las características de los seres vivos, aplicando los conocimientos obtenidos en la mejora de lo existente.

1. Biomimetic Mechanisms

La inspiración de la naturaleza:

a) Identificar una característica de un ser vivo que nos resulte de interés.

b) Identificar un problema o necesidad y buscar solución.

Existe una base de datos ( AskNature.org ) desarrollada por el instituto de biomimètica ( Biomimicry.org ) en la cual se recopilan soluciones aportadas por la naturaleza para la solución de problemas, donde se puede consultar como se ha actuado y si existe una solución eficiente y sencilla. [2]

“ Cuando miramos lo que es verdaderamente sostenible, èl ùnico model real que ha funcionado largos perìodos de tiempo es el mundo natural “

2. Ejemplos

tren bala japonés inspirado en el pico del Martìn pescador.

Tejidos para bañadores imitando la piel de Tiburones.

Pegamento resistente al agua utilizando proteínas modificadas del Mejillòn.

Sistemas de alerta basados en los ojos de los insectos.

Agujas hipodérmicas imitando el mecanismo de expulsión de liquido del colmillo de serpientes.

Edificio imitando la ventilación por secciones subterráneas en los termiteros con lo que regula la temperatura.

Ilustración 2: Centro Eastgate

Ilustración 3: Mall Eastgate

Ilustración 4: Emulaciòn Termitero

B. Persepciòn

Proceso nervioso que le permite a los seres vivos, a través de los sentidos recibir, elaborar e interpretar informaciòn a su alrededor, los humanos contamos con cinco sentidos con los cuales interactuamos con nuestro medio, agregando la percepción espacial, térmica y equilibrio.

Còmo un robot puede tener percepción?, por medio de sensores, estos dispositivos electromecánicos pueden ser:

Esteroceptivos: permiten al robot interactuar con su entorno, con esto puede moverse, adquirir información como temperatura, cantidad de luz ( ultrasónicos, fotoresistores, de proximidad y contacto ).

Propioceptivos: brindan información al robot acerca del estado de sus componentes como la posición en la que se encuentra en un determinado tiempo ( encoders ).

1. Sensores

Pasivos: esperan a ser activados mediante algún estimulo.

Activos: emiten energía y miden la reacción.

2. Características

Rango: valor entre un lìmite superior e inferior. Resolución: diferencia entre dos valores. Linealidad: variación entre la señal de salida y

entrada. Ancho de banda: velocidad con la que el sensor

proporciona una lectura. Sensibilidad: mìnima variación de la magnitud de

entrada que puede afectar la salida. Precisión. [3]

Ilustración 5: Pioneer NASA

C. Movimiento

para un robot es importante ver cual gasta menos energía, cual atiende a la carga deseada, cual posee mayor exactitud, cual es la clase de terreno en que movera, etcètera y después calcular para lograr un sistema próximo a lo ideal para la máquina.

Un robot con ruedas, si comparado a otro con piernas o patas, es mucho más rápido, más simple de construir y programar, y gasta menos energía, al paso que una pierna o pata tiene algunos servomotores que ligar, todavía, por otro lado, difícilmente un robot de ruedas subiría una escalera o un terreno completamente irregular.

Ahora, pensando mejor, quizás un robot atienda la necesidad de subir la escalera, pero, tendrá dificultad para andar de lado, la solución tendrá que ser la más adecuada, aún que no sea la ideal, que atienda a los requisitos de terreno, material, consumo, etcètera y el objetivo es para el mejor sistema de dirección del robot.

El control de dicha interacciòn es crucial para la ejecución exitosa de tareas donde el efecto final del robot debe manipular objetos o desempeñar alguna operación sobre una superficie. Algunos ejemplos de tareas de interacción industriales son perforación, pulido, maquinado o ensamblado.

Por otra parte, cuando el manipulador interactúa con seres humanos, como en el caso de terapias de rehabilitación, cirugías robotizadas o prótesis robóticas, el sistema de control debe garantizar un alto nivel de seguridad y estabilidad para el paciente.

La fuerza de contacto es importante para la descripción del estado de interacción; sin embargo, cuando dicha interacción es con seres humanos es imposible describirla en términos de una cantidad de fuerza, sino que se requiere de una interpretación más subjetiva en términos de cómo debe reaccionar el robot en función de las características del usuario para evitar dañarlo o dañarse a sí mismo.

Un ejemplo de esto es cùando se da la interacción de dos seres humanos: el saludo entre un hombre y una mujer desconocidos generalmente se da de una manera suave y respetuosa, mientras que entre dos amigos suele ser más “ tosca ” y con confianza y familiaridad.

La relación entre fuerza y movimiento está determinada por la cantidad energìa física denominada impedancia, el control de la impedancia está dado con la respuesta dinámica del sistema robótico ante la presencia de fuerzas de contacto, de acuerdo con esto la respuesta está caracterizada por tres parámetros la rigidez, el amortiguamiento y la inercia. La sincronizaciòn de dichos parámetros llevan al sistema a tres tipos de comportamientos: sub-amortiguado, críticamente amortiguado y sobre-amortiguado, y en función de esto el

robot puede comportarse, tal como se describió el saludo entre seres humanos, de una manera dócil o brusca. [4]

Ilustración 6: T-HR3

1. Eye Tracking

Se ha destacado una nueva tecnología denominada "eye-tracking", podría permitir a un cirujano revisar con un movimiento de sus ojos revisar el historial de un paciente mientras lo examina o opera, o a un conductor contestar una llamada teléfonica con sólo un movimiento de sus ojos. 

La solución esta desarrollada por ABB e Irisbond basado en un software denominado "webtracker" que permite el control de ordenadores con el movimiento de los ojos a través de una webcam y que utiliza sofisticados algoritmos basados en el posicionamiento de la cara y de los ojos para permitir a los usuarios interactuar con el robot y controlarlo de forma natural. 

Esta investigación abre muchos caminos para nuevas posibilidades y aplicaciones en robótica industrial, especialmente en la " robótica colaborativa ", incluyendo nuevas oportunidades de integración laboral ha personas con discapacidad. [5]

Ilustración 7: Eye-Tracking

D. The Big Data Approach

Big data, perfilado y toma de decisiones automática, se refiere a la práctica de combinar grandes volúmenes de información de diversas fuentes y analizarlos, a menudo utilizando inteligencia artificial, soluciones de aprendizaje automático, para proporcionar información. Uno de los mayores valores de Big Data se deriva del monitoreo el comportamiento humano, colectivamente e individualmente y su potencial predictivo.

La relación entre inteligencia artificial y big data es bidireccional: inteligencia artificial, a través de machine learning, necesita una gran cantidad de datos para aprender, datos en el ámbito de las consideraciones de big data. En la otra dirección, big data utiliza técnicas de inteligencia artificial para extraer valor de grandes conjuntos de datos.

Uno de los principales problemas con respecto a los grandes datos es la información a las personas: la transparencia. A no ser que los individuos reciban información y control apropiados.

Una preocupación muy importante con respecto a la inteligencia artificial y los grandes datos es el riesgo inducido a través del conjunto de datos de entrada proporcionado para entrenar la inteligencia artificial, a medida que la máquina aprende de la información proporcionada y no tiene medios para contrastar esa información con una imagen más grande, lo que sea el riesgo contenido en el conjunto de entrenamiento influirá en las predicciones hechas. [6]

Ilustración 8: Big Data

E. Minimal Humans

Aunque el concepto de permitir que un " robot " administre sus finanzas puede parecer un poco orwelliano, los asesores automotrices pueden beneficiar a muchos tipos de consumidores. Los robot advisors pueden administrar carteras básicas a costos mucho más bajos que los asesores financieros humanos, e incluso pueden retomar las tendencias de inversión más rápido, gracias a la tecnología especializada que funciona para usted.

Un robot advisor no es en realidad un asesor, ni se refiere a una cosa. Más bien, describe cualquier cantidad de plataformas en línea que siguen las tendencias de inversión, siguen un algoritmo diseñado para las preferencias de cartera de un cliente y recomiendan oportunidades para ahorrar o invertir, solo en 2017, estos asesores administraron un total de más de $ 200 mil millones en activos para clientes. [7]

La prueba de Turing ( 1950 ), que lleva el nombre del matemático Alan Turing, es un método conceptual para determinar si las máquinas pueden pensar como un humano. En su forma más simple, implica tener un chat computarizado con una IA: si un humano no puede decir si está hablando con una computadora o un ser vivo, la IA "pasa" la prueba. [8]

Ilustración 9: Chatbots

F. Simulation of Human Life Development

Simulaciòn Dinàmica de Modelos Biomècanicos a Partir de Captura de Movimiento.

El programa Cortex ( MotionAnalysis ) es un software que permite la recolección, edición y modelaje de datos de captura de movimiento. El programa OpenSim es un paquete de software libre que permite construir, intercambiar y analizar modelos computarizados del sistema músculo esquelético humano.

El objetivo es vincular ambos programas para poder hacer simulaciones dinámicas en OpenSim a partir de la data de marcha capturada en Cortex. Dichas simulaciones, además de generar el movimiento del modelo a partir de las activaciones de los músculos y de las fuerzas de reacción del suelo, proporcionan datos biomecánicos adicionales, tales como coordenadas generalizadas de la cinemática de las articulaciones, configuraciones del modelo, actuadores y reacciones en las articulaciones, y demás parámetros que definen la marcha.

La importancia del desarrollo de una plataforma para esta transferencia de archivos radica en que OpenSim ofrece herramientas para realizar análisis dinámicos que en Cortex son limitadas. [9]

Ilustración 10: Cortex

G. Teleoperaciòn

Muchas aplicaciones de robots tienen que ver con dar a una persona presencia remota en tiempo real en un entorno distante (donde el ser humano no puede ver directamente el robot o el entorno). Por ejemplo, la respuesta a desastres tienen que ver con un ser humano capaz de ver y actuar de forma remota en tiempo real.

Telepresencia se refiere a interfaces inmersivas para teleoperaciónes; estos tienen ventajas cognitivas para el operador, pero en la práctica requieren demasiada detección

o ancho de banda para ser prácticos. El mejor ejemplo de telepresencia es la película Avatar, aunque el telefactor era biológico.

Tenemos la teleoperación que es la operación de una máquina a distancia y la telerobótica que es el área de la robótica relacionada con el control de robots a distancia, principalmente utilizando conexiones inalàmbricas.

1. Aplicaciones

Las aplicaciones de la telepresencia incluyen trabajar en calor o frío extremo, alta o baja presión y en otras condiciones peligrosas para la vida humana. La telepresencia se utiliza para desarmar bombas, manipular materiales tóxicos y realizar misiones militares peligrosas.

La telepresencia se ha sugerido como un método para realizar cirugía por control remoto y como un método para realizar operaciones a nanoescala reduciendo el telechir en un factor de miles ò millones.

Un telechir es un robot complejo que es controlado remotamente por un operador humano en un sistema de telepresencia, lo que le da a la persona la sensación de estar en un entorno remoto, peligroso o extraño.

El control y la retroalimentación se realizan por telemetría a través de cables, fibras ópticas, enlaces inalámbricos o Internet. Un telechir puede ser tan simple como un solo brazo o mano robótica o tan sofisticado como un androide. [10]

Ilustración 11: Robonaut NASA

IV. Conclusiones

Podemos decir que el avance en el desarrollo de androides y robots estan a pasos agigantados, ya que con la implementaciòn de muchos software libres, el aprovecamiento de informaciòn bàsica de los seres humanos disponible en la red, se esta acercando mucho a la emulacion o aprendizae de las maquinas al comportamiento humano.

Es facinante el enorme campo de aplicaciones que todo esto traera como ser en la medicina, ciencia, espacio y la superaciòn de varias discapacidades.

El desarrollo de la inteligencia artificial, esta presente cada dìa mas como ser en nuestros telèfonos, computadoras, el internet de las cosas, si se pensaba que construer un terminator era cosa de peliculas, ya no es asì por que se puede hacer hoy en dìa.

Puedo concluir que el dia de ver un robot caminando por las calles esta cada vez mas cerca de lo pensado, solo espero que esta era por venir mantenga impreso y asì mismo en las futuras creaciones lo que realmente nos hace humanos: amor, colaboraciòn, trabajo complementario de unos con otros, compasiòn.

El desarrollo por venir sera fascinante poder controlar las cosas con la vista, mente, hacer acciones de forma remota, hasta poder comunicarnos universalmente.

V. Bibliografía

[1]

G. P. Traversa, «SIR Agencia de Informaciòn,» Giovanna Pasqualin Traversa, 26 febrero 2019. [En línea]. Available: https://www.agensir.it/chiesa/2019/02/26/robotics-hiroshi-ishiguro-humans-and-humanoids-together-in-future-society/. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

2] F. Vester, «EOI,» 15 noviembre 2016. [En línea].

Available: https://www.eoi.es/blogs/redinnovacionEOI/2016/11/15/biomimetica/. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

3] V. M. M. Serrano, Lab_Bot, 27 junio 2011. [En

línea]. Available: http://labobotk.blogspot.com/2011/06/percepcion-de-un-robot.html. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

4] I. B. Gutièrrez, «Saberes y Ciencia,» 06 abril 2015.

[En línea]. Available: http://saberesyciencias.com.mx/2015/04/06/la-interaccion-humano-robot/. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

5] S. Gil, «Tecno Accesible,» 22 diciembre 2013. [En

línea]. Available: https://www.tecnoaccesible.net/content/irisbond-lanza-un-sistema-que-permite-controlar-el-ordenador-con-los-ojos. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

6] M. Parakh, 10 julio 2018. [En línea]. Available:

https://dzone.com/articles/big-data-and-robotics. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

7] M. Starr, «Science Alerts,» 24 septiembre 2018. [En

línea]. Available: https://www.sciencealert.com/minimal-turing-test-convince-humans-not-a-robot-one-single-word-poop. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

8] A. Fuller, «Finder,» 17 junio 2019. [En línea].

Available: https://www.finder.com/robo-advisors-vs-financial-advisors. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

9] R. R. Torrealba, «Reserarchgate,» 01 abril 2011. [En

línea]. Available: https://www.researchgate.net/publication/261501249_Development_of_CortexR-to-OpenSim_file_transfer_platform_for_motion_capture-based_dynamic_simulation_of_biomechanical_models. [Último acceso: 01 septiembre 2019].[

10]

M. Rouse, «Techtarget,» 31 agosto 2015. [En línea]. Available: https://whatis.techtarget.com/definition/telepresence. [Último acceso: 01 septiembre 2019].