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Robot de seguridad Justus patrullando en Cracovia

La telerobótica es el área de la robótica que se ocupa del control de robots semiautónomos a distancia, principalmente mediante redes inalámbricas (como Wi-Fi , Bluetooth , Deep Space Network y similares) o conexiones atadas. Es una combinación de dos subcampos principales, teleoperación y telepresencia .

Teleoperación [ editar ]

La teleoperación indica el funcionamiento de una máquina a distancia. Tiene un significado similar a la frase "control remoto", pero generalmente se encuentra en entornos de investigación, académicos y técnicos. Se asocia más comúnmente con la robótica y los robots móviles, pero se puede aplicar a una amplia gama de circunstancias en las que un dispositivo o máquina es operado por una persona a distancia. [1]

Early Telerobotics (Rosenberg, 1992) US Air Force - Sistema de accesorios virtuales

Teleoperación es el término más estándar, utilizado tanto en comunidades de investigación como técnicas, para referirse a la operación a distancia. Esto se opone a la " telepresencia ", que se refiere al subconjunto de sistemas telerobóticos configurados con una interfaz inmersiva de manera que el operador se siente presente en el entorno remoto, proyectando su presencia a través del robot remoto. Uno de los primeros sistemas de telepresencia que permitió a los operadores sentirse presentes en un entorno remoto a través de todos los sentidos primarios (vista, sonido y tacto) fue el sistema Virtual Fixtures desarrollado en los Laboratorios de Investigación de la Fuerza Aérea de EE . UU.a principios de la década de 1990. El sistema permitió a los operadores realizar tareas diestras (insertar clavijas en los orificios) de forma remota, de modo que el operador se sentiría como si estuviera insertando las clavijas cuando en realidad era un robot que realizaba la tarea de forma remota. [2] [3] [4]

Un telemanipulador (o teleoperador ) es un dispositivo que es controlado de forma remota por un operador humano. En casos simples, las acciones de comando del operador de control corresponden directamente a acciones en el dispositivo controlado, como por ejemplo en un modelo de avión controlado por radio o un vehículo de inmersión profunda conectado. Cuando los retrasos en las comunicaciones hacen que el control directo no sea práctico (como un vehículo planetario remoto), o se desea reducir la carga de trabajo del operador (como en un avión espía o de ataque controlado remotamente), el dispositivo no se controlará directamente, sino que se le ordenará que siga un ruta especificada. Con niveles crecientes de sofisticación, el dispositivo puede funcionar de forma algo independiente en cuestiones como la evitación de obstáculos, que también se emplea comúnmente en los rovers planetarios.

Los dispositivos diseñados para permitir que el operador controle un robot a distancia a veces se denominan robótica telecárica.

Dos componentes principales de la telerobótica y la telepresencia son las aplicaciones visuales y de control. Una cámara remota proporciona una representación visual de la vista del robot. La colocación de la cámara robótica en una perspectiva que permite un control intuitivo es una técnica reciente que, aunque basada en la ciencia ficción ( Robert A. Heinlein 's Waldo 1942) no ha sido fructífera como la velocidad, la resolución y el ancho de banda han sido hasta hace poco adecuados para la tarea de poder controlar la cámara del robot de una manera significativa. Con una pantalla montada en la cabeza , el control de la cámara se puede facilitar rastreando la cabeza como se muestra en la figura siguiente.

Esto solo funciona si el usuario se siente cómodo con la latencia del sistema, el retraso en la respuesta a los movimientos, la representación visual. Cualquier problema, como resolución inadecuada, latencia de la imagen de video, retraso en el procesamiento mecánico y computarizado del movimiento y la respuesta, y distorsión óptica debido a la lente de la cámara y las lentes de visualización montadas en la cabeza, puede causar que el usuario se sienta mareado en el simulador . exacerbado por la falta de estimulación vestibular con representación visual del movimiento.

La falta de coincidencia entre los movimientos de los usuarios, como errores de registro, retraso en la respuesta de movimiento debido al filtrado excesivo, resolución inadecuada para movimientos pequeños y velocidad lenta, pueden contribuir a estos problemas.

La misma tecnología puede controlar el robot, pero luego los problemas de coordinación ojo-mano se vuelven aún más generalizados a través del sistema, y ​​la tensión o frustración del usuario puede hacer que el sistema sea difícil de usar. [ cita requerida ]

La tendencia a construir robots ha sido minimizar los grados de libertad porque eso reduce los problemas de control. Las recientes mejoras en las computadoras han cambiado el énfasis a más grados de libertad, permitiendo dispositivos robóticos que parecen más inteligentes y más humanos en sus movimientos. Esto también permite una teleoperación más directa, ya que el usuario puede controlar el robot con sus propios movimientos . [5]

Interfaces [ editar ]

Una interfaz telerobótica puede ser tan simple como una interfaz MMK (monitor-mouse-teclado) común. Si bien esto no es inmersivo, es económico. La telerobótica impulsada por conexiones a Internet suele ser de este tipo. Una modificación valiosa de MMK es un joystick, que proporciona un esquema de navegación más intuitivo para el movimiento plano del robot.

Las configuraciones de telepresencia dedicadas utilizan una pantalla montada en la cabeza con pantalla de ojo único o doble, y una interfaz ergonómicamente combinada con joystick y botones relacionados, control deslizante y controles de gatillo.

Otras interfaces combinan interfaces de realidad virtual totalmente inmersivas y video en tiempo real en lugar de imágenes generadas por computadora. [6] Otro ejemplo sería utilizar una cinta de correr omnidireccional con un sistema de pantalla inmersiva para que el robot sea conducido por la persona que camina o corre. Las modificaciones adicionales pueden incluir pantallas de datos combinados, como imágenes térmicas infrarrojas, evaluación de amenazas en tiempo real o esquemas de dispositivos. [ cita requerida ]

Aplicaciones [ editar ]

Espacio [ editar ]

Concepto de exploración telerobótica HERRO (Exploración humana mediante operaciones robóticas en tiempo real) de la NASA [7]

Con la excepción del programa Apollo , la mayor parte de la exploración espacial se ha realizado con sondas espaciales telerobóticas . La mayor parte de la astronomía espacial , por ejemplo, se ha realizado con telescopios telerobóticos . La misión rusa Lunokhod-1 , por ejemplo, colocó un vehículo de control remoto en la luna, que fue conducido en tiempo real (con un retardo de 2,5 segundos a la velocidad de la luz) por operadores humanos en tierra. Los programas de exploración planetaria robótica utilizan naves espaciales que son programadas por humanos en estaciones terrestres, esencialmente logrando una forma de operación telerobótica con un retraso prolongado. Ejemplos recientes dignos de mención incluyen los rovers de exploración de Marte (MER) y elRover Curiosity . En el caso de la misión MER, la nave espacial y el rover operaban con programas almacenados, con los conductores del rover en tierra programando la operación de cada día. La Estación Espacial Internacional (ISS) utiliza un telemanipulador de dos brazos llamado Dextre . Más recientemente, se ha añadido un robot humanoide Robonaut [8] a la estación espacial para experimentos telerobóticos.

La NASA ha propuesto el uso de sistemas telerobóticos de alta capacidad [9] para la exploración planetaria futura utilizando la exploración humana desde la órbita. En un concepto para la Exploración de Marte propuesto por Landis , se podría realizar una misión precursora a Marte en la que el vehículo humano lleva una tripulación a Marte, pero permanece en órbita en lugar de aterrizar en la superficie, mientras que un robot remoto altamente capaz se opera en condiciones reales. tiempo en la superficie. [10]Tal sistema iría más allá de la simple robótica de retardo prolongado y pasaría a un régimen de telepresencia virtual en el planeta. Un estudio de este concepto, el concepto de Exploración Humana usando Operaciones Robóticas en Tiempo Real (HERRO), sugirió que tal misión podría usarse para explorar una amplia variedad de destinos planetarios. [7]

Telepresencia y videoconferencia [ editar ]

iRobot Ava 500, un robot de telepresencia itinerante autónomo.

La prevalencia de videoconferencias de alta calidad que utilizan dispositivos móviles, tabletas y computadoras portátiles ha permitido un crecimiento drástico en los robots de telepresencia para ayudar a dar una mejor sensación de presencia física remota para la comunicación y la colaboración en la oficina, el hogar, la escuela, etc., cuando no se puede. estar allí en persona. El avatar del robot puede moverse o mirar a su alrededor con el comando de la persona remota. [11] [12]

Ha habido dos enfoques principales que utilizan videoconferencias en una pantalla 1) robots de telepresencia de escritorio: generalmente se monta un teléfono o tableta en un soporte de escritorio motorizado para permitir que la persona remota mire alrededor de un entorno remoto moviendo e inclinando la pantalla o 2) Robots de telepresencia manejables: por lo general, contienen una pantalla (teléfono o tableta integrados o separados) montados en una base de itinerancia. Los robots de telepresencia itinerantes más modernos pueden incluir la capacidad de funcionar de forma autónoma. Los robots pueden trazar un mapa del espacio y evitar obstáculos mientras se conducen entre las habitaciones y sus estaciones de acoplamiento. [13]

Los sistemas de videoconferencia tradicionales y las salas de telepresencia generalmente ofrecen cámaras Pan / Tilt / Zoom con control remoto. La capacidad del usuario remoto de girar la cabeza del dispositivo y mirar a su alrededor de forma natural durante una reunión a menudo se considera la característica más fuerte de un robot de telepresencia. Por esta razón, los desarrolladores han surgido en la nueva categoría de robots de telepresencia de escritorio que se concentran en esta característica más sólida para crear un robot de mucho menor costo. Los robots de telepresencia de escritorio, también llamados robots de cabeza y cuello [14] permiten a los usuarios mirar a su alrededor durante una reunión y son lo suficientemente pequeños como para ser transportados de un lugar a otro, eliminando la necesidad de navegación remota. [15]

Algunos robots de telepresencia son muy útiles para algunos niños con enfermedades prolongadas, que no pudieron asistir a la escuela con regularidad. Las últimas tecnologías innovadoras pueden unir a las personas y les permite mantenerse conectados entre sí, lo que los ayuda significativamente a superar la soledad. [dieciséis]

Aplicaciones marinas [ editar ]

Los vehículos marinos operados a distancia (ROV) se utilizan ampliamente para trabajar en aguas demasiado profundas o demasiado peligrosas para los buceadores. Reparan plataformas petrolíferas en alta mar y conectan cables a barcos hundidos para izarlos. Por lo general, están sujetos con una correa a un centro de control en un barco de superficie. Los restos del Titanic fueron explorados por un ROV, así como por un barco operado por la tripulación.

Telemedicina [ editar ]

Ver también: cirugía remota y robot médico

Además, se está realizando mucha investigación telerobótica en el campo de los dispositivos médicos y los sistemas quirúrgicos mínimamente invasivos. Con un sistema de cirugía robótica , un cirujano puede trabajar dentro del cuerpo a través de pequeños orificios lo suficientemente grandes para el manipulador, sin necesidad de abrir la cavidad torácica para dejar entrar las manos.

Robots de respuesta a emergencias y aplicación de la ley [ editar ]

NIST mantiene un conjunto de estándares de prueba que se utilizan para los sistemas telerobóticos de respuesta ante emergencias [17] y la aplicación de la ley. [18] [19]

Otras aplicaciones [ editar ]

Los manipuladores remotos se utilizan para manipular materiales radiactivos .

La telerobótica se ha utilizado en obras de arte de instalación ; Telegarden es un ejemplo de un proyecto en el que los usuarios operaban un robot a través de la Web.

Ver también [ editar ]

  • Tecnología astrobótica
  • Dragon Runner , un robot militar construido para el combate urbano
  • Lunokhod
  • Robot médico
  • Robot militar
  • Vehículo de control remoto
  • Manipulador remoto
  • Robonauta
  • Dispositivo inteligente
  • Espíritu
  • Robot quitanieves
  • Telerobot UWA

Referencias [ editar ]

  1. ^ Corley, Anne-Marie (septiembre de 2009). "La realidad de los sustitutos del robot" . espectro.ieee.com . Consultado el 19 de marzo de 2013 .
  2. ^ Rosenberg, LB (1992). "El uso de dispositivos virtuales como superposiciones de percepción para mejorar el rendimiento del operador en entornos remotos". Informe técnico AL-TR-0089, Laboratorio Armstrong de la USAF, Wright-Patterson AFB OH, 1992 .
  3. ^ Rosenberg, LB (1993). "Aparatos virtuales: superposiciones perceptuales para manipulación telerobótica". En Proc. del IEEE Annual Int. Simposio sobre realidad virtual (1993) : págs. 76–82.
  4. ^ Rosenberg, Louis B. "Dispositivos virtuales como herramientas para mejorar el rendimiento del operador en entornos de telepresencia" . Tecnología Telemanipulador y Telerobótica Espacial . (1993) doi : 10.1117 / 12.164901 .
  5. ^ Miller, Nathan y col. " Captura de movimiento de detección inercial para teleoperación humanoide sin ataduras ". Robots humanoides, 2004 4ª Conferencia Internacional IEEE / RAS sobre. Vol. 2. IEEE, 2004.
  6. ^ Burdea, Grigore C. " Revisión invitada: la sinergia entre la realidad virtual y la robótica ". Transacciones IEEE sobre robótica y automatización 15.3 (1999): 400-410.
  7. ^ a b Schmidt, GR; Landis, GA; Oleson, SR "Misiones HERRO a Marte y Venus utilizando exploración telerobótica desde la órbita" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 13 de mayo de 2013 . Consultado el 15 de noviembre de 2012 . ; ver también: Oleson, SR; Landis, GA; McGuire, M .; Schmidt, GR (2012). "Misiones HERRO a Marte mediante exploración de superficie telerobótica desde la órbita" (PDF) . Revista de la Sociedad Interplanetaria Británica . Archivado desde el original (PDF) el 17 de febrero de 2013. y HERRO (consultado el 15 de noviembre de 2012).
  8. ^ "Página de inicio de Robonaut" . Nasa . Consultado el 27 de mayo de 2011 .
  9. ^ Adam Mann, " Casi estar allí: por qué el futuro de la exploración espacial no es lo que piensas" , cableado , 11/12/12 (consultado el 15 de noviembre de 2012)
  10. ^ GA Landis, "Teleoperación desde la órbita de Marte: una propuesta para la exploración humana", Acta Astronautica, vol. 61, núm. 1, págs. 59-65; presentado como documento IAC-04-IAA.3.7.2.05, 55º Congreso de la Federación Astronáutica Internacional, Vancouver BC, 4 a 8 de octubre de 2004.
  11. ^ Rick Lehrbaum - InfoWeek, " Ataque de los robots de telepresencia ", "InfoWeek", 11/01/13 (consultado el 8 de diciembre de 2013)
  12. ^ Jacob Ward, " Soy un jefe robot ", "Ciencia popular", 28/10/13
  13. ^ Honig, Zach. "La telepresencia en un dispositivo Ava 500 de iRobot se está lanzando ahora (actualización: $ 69,500 !!)" . Engadget . Consultado el 4 de julio de 2014 .
  14. ^ John Biggs, " Tech Crunch - Revolve Robotics anuncia Kubi, una plataforma de telepresencia que funciona como tu cuello ", "Tech Crunch", diciembre de 2012
  15. ^ Sanford Dickert y David Maldow, Esq., " Revista de opciones de telepresencia: estado de la industria de telepresencia robótica ", "Opciones de telepresencia", verano de 2013 (consultado el 8 de diciembre de 2013)
  16. ^ Robot de telepresencia, niños con enfermedades a largo plazo. "Los robots de telepresencia ayudan a los niños con enfermedades crónicas a mantener lazos sociales y académicos en la escuela" . robohub . Universidad de California, Irvine, septiembre de 2016 . Consultado el 6 de septiembre de 2019 .
  17. ^ "Robots de respuesta a emergencias" .
  18. ^ "Métodos de prueba estándar para robots de respuesta" . Laboratorio de Ingeniería NIST . Consultado el 4 de junio de 2020 .
  19. ^ "Normas del subcomité E54.09 de ASTM para robots de respuesta" .

Enlaces externos [ editar ]

  • Bibliografía de telerobótica y telepistemología compilada por Ken Goldberg para Leonardo / ISAST
  • Artículo "The Boss Is Robotic, and Roll Up Behind You" de John Markoff en The New York Times 4 de septiembre de 2010
  • Casi estar allí: por qué el futuro de la exploración espacial no es lo que crees Adam Mann en Wired Magazine, 11 de diciembre de 2012