De Robots
Los Robots han sido sujeto de mucha especulación en el pasado, pero es hasta ahora que están volviéndose una realidad. Los robots industriales no son humanoides o androides capaces de trasladarse o conversar por sí mismos. Son más bien máquinas-herramienta, en forma de manipuladores programables capaces de mover partes u otras herramientas mediante una secuencia pre-especificada de movimientos. Como muchas otras máquinas, los robots pueden repetir la misma tarea por largos periodos de tiempo y con gran precisión.
Las tareas de un robot pueden ser extremadamente complejas. Más aun, un robot puede "aprender" en forma limitada nuevas tareas, y puede usar herramientas o accesorios que extienden su rango de habilidades. Los más avanzados y sofisticados robots (la mayoría en laboratorios de investigación) poseen burdos sentidos de "vista" y "tacto", y una limitada capacidad de coordinar sus manipuladores con información sensorial.
Hasta ahora, los robots utilizados en la industria no pueden reaccionar a circunstancias imprevistas y cambios de ambiente, ni pueden mejorar su desempeño basados en experiencias previas. Debido a estas limitaciones, los robots de hoy en día se utilizan para tareas simples, repetitivas y "pre-programables", como soldadura de punto, pintura, o carga y descarga de máquinas.
El orígen de los Robots
El término robot viene del checo robota, que significa "siervo". Fue utilizado por primera vez por el escritor teatral checo Karel Capek, en su obra "R.U.R.". Sin embargo, el concepto de maquinaria programable se origina más precisamente en Francia durante el siglo XVIII, cuando se desarrollaron las primeras tejedoras automáticas por diferentes constructores, como Bouchon, Vacaunson, Basile, Falcon y Jacquard.
Más tarde, a mediados del siglo XIX en Estados Unidos, Christopher Spencer invento un "automata", un torno programable que fabricaba tornillos, tuercas y engranajes. Sus patrones de corte podían variarse al final de un tambor giratorio. Tal tipo de controles mecánicos no se utilizaron en la industria de maquinaria y herramientas sino hasta los años 1950s.
Sin embargo, la robótica como la conocemos actualmente se inicia en realidad en 1946, cuando George Devol desarrolla un dispositivo de propósito general y repetición para controlar maquinaria. En 1954, Devol patentó su primer manipulador con memoria, que controlaba sus movimientos de un punto inicial a una serie de puntos pre-establecidos. Las primeras patentes de Devol fueron adquiridas por la Consolidated Diesel Corp. (Condec), lo que generó la formación de la Unimation Inc. como la división de robótica de Condec. Entre 1954 y 1963, Devol y otros desarrollaron y patentaron las principales características de la primera generación de robots. Estos primeros robots tenían partes similares a las computadoras, como por ejemplo, una memoria electrónica. Sin embargo, los componentes necesarios estaban permanentemente alambrados para realizar una serie de tareas específicas.
Los robots controlados por software no fueron comercializados sino hasta el principio de los años 1970s. El primer robot controlado por una minicomputadora fue fabricado en 1974 por la Cincinnati Milacron. Sin embargo, los robots controlados por microprocesadores llegaron varios años después. Estos robots controlados por software son realmente dispositivos periféricos especializados de computadoras de propósito general, disfrutando de los beneficios de grandes cantidades de almacenamiento de datos e instrucciones. Consecuentemente, son mucho más flexibles que las máquinas controladas solo por circuitos electrónicos alambrados. Los mejores robots de la actualidad pueden trabajar en varios sistemas coordinados, son fácilmente reprogramables, utilizan sensores, y algunos tienen respuesta a cambios y variaciones en "tiempo real", esto es, como van ocurriendo.
Lo que pueden y no pueden hacer los Robots
Básicamente, los robots de la actualidad son dispositivos mecánicos controlados por un microprocesador que realizan una función o proveen de una interface entre máquinas y procesos. Pueden ser lo suficientemente "inteligentes" para tomar cierto tipo de decisiones. Sin embargo, para que su uso sea práctico, es necesario reducir su tamaño, complejidad mecánica y costo de instalación. Esto se puede lograr principalmente mediante el uso intensivo de tecnología en computación y control.
Los robots pueden duplicar la habilidad manipulativa humana con una mayor precisión. Su flexibilidad y versatilidad los hace adecuados para pequeños trabajos secuenciales que constituyen la mayor parte de las actividades de producción en la industria. Hoy, los robots relevan a los seres humanos de labores que son peligrosas, mundanas, o altamente repetitivas. Debido a su costo, en la mayoría de los casos su uso se justifica por razones no-económicas.
Sin embargo, los robots son relativamente lentos y tienen una limitada exactitud, fuerza y versatilidad. Debido a esto, los manipuladores robóticos de la actualidad resultan ser poco satisfactorios para muchas aplicaciones.
La exactitud de los robots está limitada por la precisión y durabilidad de sus mecanismos de transmisión de fuerza, tales como líneas y válvulas hidraúlicas, trenes de engranajes, bandas, cadenas o ligas. Todos estos elementos tienen cierta limitación de movimiento y se gastan con el uso, haciendo más difícil el control de movimiento del robot.
La mayoría de los robots de uso en la actualidad deben ser "enseñados", llevándolos a través de sus tareas en detalle. Sin embargo, muchas tareas como soldadura de partes, pintura de superficies irregulares o ajuste de piezas requieren de recalibraciones mientras el trabajo se desarrolla. Tales trabajos son sencillos para los seres humanos, pero sumamente difíciles para los robots, ya que tienen que ser capaces de obtener información sensorial de atributos clave de las piezas de trabajo para hacer las recalibraciones necesarias.
Para realizar su trabajo, los robots requieren sensores que puedan medir las piezas a trabajar y su orientanción. Tales sensores proveen al sistema de control del robot con un flujo de datos que es filtrado, modificado e interpretado a fin de hacer las decisiones pertinentes. Sin embargo, los sensores son piezas delicadas que detectan características del ambiente en rangos determinados de acción. Por ejemplo, los sistemas de "visión" dependen de tipos especiales de luz y otras técnicas para poder producir una imagen que el robot pueda interpretar. Los sistemas de visión computarizada que distinguen siluetas en blanco y negro están en uso desde hace tiempo. Estos sistemas dependen de iluminación especial y otras técnicas para producir imágenes de alto contraste. Otros sistemas más avanzados de visión pueden reconocer formas, deducir detalles de áreas sombreadas, determinar distancias y "ver" en tres dimensiones mediante medición estereoscópica (como lo hace la visión del ser humano, utilizando ambos ojos).
Un áres de investigación es el desarrollo de software, lo que permite a los robots "aprender por experiencia", y hacer una planificación de mayor nivel. Dado un objetivo y las entradas sensoriales necesarias, se puede modificar o crear un programa de instrucciones, con el cual el robot "aprende" como realizar un trabajo. Mejoras en los lenguajes de programación han permitido la transición a robots más "inteligentes". Sin embargo, el uso de lenguajes de programación explícitos require de un operador humano quien especifica y manipula posiciones y trayectorias. En contraste, se han desarrollado nuevos lenguajes de alto nivel para modelación de ambientes (world-modeling languages), que contienen instrucciones simples pero a la vez poderosas en el sentido de que una vez especificadas las instrucciones, generan y manipulan automáticamente posiciones y trayectorias del robot. Tales lenguajes pueden ser utilizados sólo si el robot es controlable por una computadora de propósito general.
Contrario a la creencia popular, no todos los artículos manufacturados se producen en masa: la mayor parte se producen en cantidades relativamente pequeñas, en períodos de tiempo que van de semanas a meses. A pesar de los adelantos durante los últimos 20 años en el desarrollo de máquinas-herramienta controladas por computadora y robots, la mayoría de la producción aun se basa en mano de obra humana. Pero los cambios en las preferencias e incrementos en la demanda de productos han forzado a la industria manufacturera a incrmentar simultáneamente la variedad y calidad de sus productos. Esto implica una necesidad de tecnología mas flexible, dado que la producción tiende a ser mas breve y los cambios mas frecuentes. Aun mas importante, tal necesidad incluye un extensivo reabastecimiento de herramientas, a fin de reducir o eliminar el rediseño de la producción. Estos requerimientos simultáneos han presionado a las tenologías exitentes de producción y técnicas de administración hasta sus límites.
Las fábricas robotizadas no se ven (o se verá) afectadas por tales restricciones. En verdad, una autmatización "flexible" (basada en grupos de máquinas multipropósito, controladas por computadoras y por lo tanto fácilmente programables) se ajusta idealmente a las necesidades de producción actuales. El problema radica mas bien en que los robots no son todavía costo-efectivos en aplicaciones. Una gran cantidad de tiempo y esfuerzo debe dedicarse para poner en funcionamiento un grupo de robots para producir unas cuantas copias de un producto. Más aun, el tiempo necesario para escribir el código para hacer funcionar a un robot puede exceder por mucho la operación del robot en el tiempo. Actualmente, es más fácil que un obrero trabaje en el producto manualmente que poner a un grupo de ingenieros a "traducir" los procedimientos en un programa de instrucciones ajustables para el robot. Por otro lado, la maquinaria de producción en masa operada por obreros en la actualidad puede operar a mayores velocidades y desempeñse mas eficientemente que un conjunto de robots.
La labor científica y tecnológica actual en la aplicación de los robots a la automatización de procesos de producción para la fábrica del futuro se encuentra en estado embrionario. Todavía el costo de el uso de robots no ha llegado a ser lo suficientemente bajo como para hacer estos sistemas económicamente justificables para muchas aplicaciones. El costo continuará en declive conforme los problemas de la aplicación de robots se vayan resolviendo.