En el Laboratorio de Automatización y Control (LAC), el grupo coordinado por el Ing. Sergio Junco trabaja en distintos proyectos de I+D en Robótica cuyos objetivos científicos se articulan con el propósito de generar tecnología útil para la sociedad y el medio local en particular.
Hablar de robótica hoy en día nos remite preponderantemente a la ciencia ficción, al cine, a la literatura, donde los robots emulan a seres humanos, o a animales de compañía, o son vehículos autónomos. Aunque la inmensa mayoría son robots industriales, la realidad no dista tanto: estos tipos de robots ya existen, no sólo como desarrollos experimentales sino también como productos de mercado ya presentes en la sociedad e interactuando con los seres humanos.
Entonces, nos preguntamos ¿qué es la Robótica? El Ing. Junco explica: es la ciencia y la ingeniería que estudia la articulación inteligente entre percepción y acción y añade “En un sistema robótico, la acción la ejecuta un dispositivo mecánico, como en los brazos manipuladores industriales, provistos de motores y algún tipo de herramienta o máquina operando sobre objetos en su extremo. O, en el caso de los robots móviles, la realiza un sistema de locomoción que mueve al robot en su entorno, sea éste terrestre (¡o lunar o marciano!), aéreo, acuático, subacuático o espacial. Ejecutar estas acciones y movimientos requiere percibir el entorno del robot, lo que se logra con información de posición, velocidad, fuerzas, ubicación de objetos en el ambiente, etc., proveniente de sensores de distinta naturaleza. Esta información se convierte en las acciones deseadas cuando es procesada en equipos electrónico-informáticos – la articulación inteligente – donde se programan, planifican y controlan las acciones finales. Este procesamiento produce información de control que necesita ser amplificada en potencia para alimentar a los motores encargados de generar las acciones.”
En el LAC, laboratorio de la Escuela de Ingeniería Electrónica (EIE), el grupo dirigido por el Ing. Sergio Junco e integrado por el Dr. Matías Nacusse, el Ing. Martín Crespo y los ayudantes-alumnos Guillermo Rolle y Felipe Cinto, lleva adelante investigaciones de teoría de control de sistemas robóticos (robots manipuladores fijos y móviles, robots móviles con diferentes sistemas de locomoción), a lo que agregan “el desarrollo y construcción de prototipos físicos con múltiples propósitos: experimentales, desarrollo de competencias prácticas y transferencia tecnológica” explica el Director del LAC.
El trabajo en el Laboratorio integra distintas disciplinas, como la mecánica, electrónica de señales y de potencia, algorítmica de control en informática aplicada. Siendo la Robótica multidisciplinaria, “a menudo solicitamos la colaboración de otras áreas de la Escuela y de la Facultad. En particular destaco la colaboración con la Escuela de Ingeniería Mecánica con el objetivo global de consolidar el dominio de la Mecatrónica, disciplina que incluye a la Robótica” señala el Ing. Junco.
Los trabajos
Uno de los proyectos del Laboratorio es el reemplazo de la electrónica del SCORBOT ERIX, un brazo manipulador adquirido por la Escuela de Mecánica de la FCEIA a fines de la década del ´90. “El reemplazo de esta vieja electrónica permitirá implementar nuevos sistemas de control, flexibles y reconfigurables a diferencia de los fijos actuales. El alumno de Electrónica Facundo Piombo, hoy ya recibido, rediseñó y validó experimentalmente la nueva electrónica de comando de los distintos motores del robot en su proyecto final” cuenta el Dr. Matías Nacusse.
Otro trabajo que realizaron dos alumnos en el LAC, Clara Bureu y José Casá, hoy ya Ingenieros Electrónicos, es la automatización, vía el agregado de una electrónica de control de diseño propio, de una pequeña plataforma móvil con ruedas omnidireccionales. El objetivo es que se mueva siguiendo trayectorias transmitidas desde una PC. “Replicando este robot se tendrá un conjunto de 3 o 4, para poder investigar en robótica multiagente: cada robot es un agente que debe trabajar conjuntamente con los otros en diferentes tareas, moverse en formación, mover coordinadamente una carga, etc. Experimentar con estos robots nos permitirá adquirir un know how transferible a móviles más grandes, que admitan el montaje de brazos manipuladores, conformando un producto de interés para sectores de la industria local” indica Nacusse.
Por su parte, el Ing. Martín Crespo agrega “Para cualquiera de estos desarrollos que mencionó Matías, se comienza estudiando la física de los robots, construyendo modelos matemáticos para comprender el comportamiento del manipulador y las bases móviles. Hay mucho trabajo atrás que no se ve: el estudio y la prueba de las distintas leyes de control, que tiene como destino final la implementación y la validación experimental de todo el desarrollo teórico realizado”.
Guillermo Rolle es estudiante avanzado de Ingeniería Mecánica, ayudante alumno de Dinámica de los sistemas Físicos (DSF) y Dinámica y Control de Sistemas Mecatrónicos (DyCSM) y está realizando su proyecto final de carrera en el LAC. “Estamos desarrollando un robot de 4 patas que replicaría el movimiento de una tortuga. El trabajo lo comenzó Manuel Sobrero, también ya recibido, como proyecto final de Ingeniería Mecánica, diseñando y construyendo la plataforma electromecánica necesaria para caminar. El robot tiene 8 motores, que ya están montados, pero aún le falta el montaje de la electrónica. Todo se fabricó en el LAC. Ahora estamos coordinando la acción de todos los motores en conjunto para poder darle la orden, por ejemplo, de que camine en una dirección determinada. Para eso trabajamos en un entorno virtual, que se llama “gemelo digital” del robot, en donde simulamos lo más precisamente posible al robot real para poder desarrollar todas las acciones de control sobre él previo a su implementación real. Detrás de todo esto hay un modelo matemático completo de todo el sistema mecánico, residente en un software que primero computa todos los movimientos deseados y después los grafica y anima, ofreciendo así la posibilidad de visualizar y verificar los movimientos” señala Guillermo.
Felipe Cinto, estudiante avanzado en Ingeniería Electrónica y también ayudante alumno de DSF y DyCSM, está trabajando junto a su compañero Franco Seguezzo en su proyecto final, el desarrollo de un robot móvil con ruedas que consta de dos sistemas de locomoción reconfigurables mecánicamente. “Realizamos todo el trabajo desde cero, primero el diseño mecánico, lo sometimos a distintas simulaciones para asegurar que cumpliera con las especificaciones, luego hicimos los modelos matemáticos y la electrónica para el control y los probamos y ahora estamos en la etapa de construcción y prueba del robot” narra Felipe. La idea es que se pueda intercambiar el sistema de locomoción del robot, es decir, cambiar el tipo de ruedas, y la utilidad es para investigación, debido a que se pueden analizar algoritmos de control para ambas configuraciones. Tiene alrededor de 60 cm de diámetro y la idea a futuro, luego de finalizar el proyecto, es montarle arriba un brazo manipulador para que tenga la capacidad de realizar distintas acciones.
Por otro lado, Felipe Cinto está participando de un proyecto de extensión que se relaciona con los robots colaborativos. “El objetivo es hacer un andador para aquellas personas que tengan alguna dificultad en la movilidad y motorizarlo de manera que la persona no tenga que hacer fuerza para moverlo y que respete lo que ella quiere hacer, por eso se incluye dentro de los robots colaborativos porque debe interpretar la intención de la persona y respetarla” explica Felipe Cinto.
“Tanto en el trabajo de Guillermo como en el de Felipe todo fue fabricado en el LAC, es decir, construyeron el robot completo para hacer la mecánica y la electromecánica” destaca el Director del LAC y agrega: “La Robótica como disciplina ingenieril es un campo particular de la Ingeniería Mecatrónica: un robot es un sistema mecánico energizado por sistemas eléctricos y/o neumáticos o hidráulicos para hacer los movimientos, tiene electrónica sobre la cual están montadas las unidades de cómputos, demandando técnicas de la informática –ciencias de la computación en general– y otras disciplinas de las TICs, cuya presencia no es muy evidente cuando uno ve un robot, pero son claves para su funcionamiento, de su existencia misma. Un ejemplo es el control automático: en su aspecto abstracto lo que hace es generar sistemas que procesan información que resulta de la comparación entre consignas que se le dan al sistema que se quiere controlar y mediciones sobre el mismo. El sistema o algoritmo resultante es la inteligencia que tiene el robot, que se expresa como modelos matemáticos, los cuales hay que introducir en una computadora, que permite ejecutar esas consignas. Un modo de resolver esos problemas, articulando todas estas disciplinas, es lo que se llama Mecatrónica, siendo la Robótica un caso particular de ella”.
Robots y seres humanos
El Ing. Junco relata “Volviendo al comienzo de la charla, Isaac Asimov, escritor y científico, enunció tres leyes para los robots, pensándolos en interacción con humanos: la primera, que el robot no tiene que hacerle daño a un ser humano, ni por acción ni por omisión; la segunda, que todo robot tiene que obedecer las órdenes que le den los seres humanos, excepto que vulnere la primera ley, es decir, que esa orden le diga que tiene que hacerle daño a un ser humano; la tercera es la de autopreservación: un robot tiene que preservar su propia existencia, excepto que vulnere la primera o la segunda ley, es decir, que el ser humano está siempre por delante. Luego se agregó una ley cero: que un robot no puede hacer nada que le haga daño a la humanidad, ni permitir que la humanidad sufra daños”. Al respecto, el Director del LAC indica “Estas leyes están consideradas muy seriamente en la mente de todo aquel que hace robótica. Cobran mayor relevancia con la creciente presencia ya mencionada de los robots en cada vez más ámbitos de actividad humana”.
Dada la magnitud del trabajo que podrían facilitar los robots, no se puede negar que pueden mejorar la economía, optimizando recursos y agilizando los tiempos de producción, pero por otro lado, la parte negativa de la situación es que pueden dejar a mucha gente sin trabajo. Con respecto a la presencia masiva de robots en la industria, el Ing. Junco señala “La International Federation of Robotics presentó en septiembre del 2020 el reporte del año en donde se contabilizó un récord de 2.700.000 robots en fábrica en el mundo, con 373.000 nuevas ventas en el 2019. Se muestra además una presencia de entre 300 y 900 robots cada 10.000 empleados en países tecnológicamente avanzados. ¿Cómo conciliar el impacto favorable en la economía con el desfavorable en la sociedad debido al desempleo, que afecta sobre todo a los trabajadores menos calificados? Ofrecer capacitación y educación es un componente importante, aunque insuficiente, a juzgar por lo que plantea un blog del Banco Mundial: “Una de las soluciones más prometedoras para el desafío a largo plazo planteado por las máquinas que sustituyen la mano de obra es la ampliación de la propiedad, es decir que también los trabajadores sean dueños de esas máquinas”. El debate aún es muy anticipado, pero la realidad es que en algún momento esto podría suceder y hay que tener alternativas para que el beneficio de la implantación de robots no sea en detrimento de la vida de las personas, como así lo manifiestan las leyes de Asimov, más específicamente la “ley cero”, entendida en un sentido lato y remitiendo en realidad a la responsabilidad humana en la materia.
