Como una de las disciplinas clave del siglo XXI, la robótica se ocupa de la concepción y del control, así como de la fabricación y del funcionamiento de robots. El campo temático de la robótica no solo actúa como representante del progreso técnico de varias décadas sino que también resulta ser extremadamente complejo. Correspondientemente, abarca, reúne y exige en la misma medida la interacción entre muchos científicos, disciplinas y especialidades. De gran relevancia para la robótica son, sobre todo, la ingeniería eléctrica, la ingeniería mecánica y las matemáticas y, especialmente, el ámbito de investigación de la inteligencia artificial. Las mencionadas disciplinas se complementan con ciencias cognitivas, psicología y biología para no perder de vista la comprensión moral y social en la interacción entre hombre y máquina.
En el estado de desarrollo actual, la robótica se centra, entre otros, en los robots colaboradores, los denominados «cobots». Estos se diferencian de los robots industriales convencionales en que colaboran directamente con las personas y, por tanto, no están separados de su entorno por dispositivos de protección físicos. Para garantizar la seguridad de las personas en este contexto es necesario integrar diferentes sensores externos. Estos registran diversos datos que dan al robot o, respectivamente, a su unidad de control, información sobre circunstancias espaciales y, de esta manera, también sobre la posición exacta de personas. Entre las tendencias temáticas de la robótica se encuentran además los robots móviles autónomos, el aprendizaje mecánico, el software basado en la nube (cloud) y la interconexión de componentes mecánicos y electrónicos mediante tecnologías de comunicación y de información.
Los resultados y el éxito de la robótica tienen muchas facetas y ejercen una enorme influencia sobre la humanidad. Incumben a la economía y la ciencia, pero también a la sanidad y los sistemas de tráfico y militares. Los efectos de la robótica se sitúan sobre el telón de fondo de la sociedad en su conjunto y cambiarán la vida humana, tanto en lo público como en lo privado, de forma duradera.
Robótica y automatización como elementos de la revolución industrial
Con el objetivo de optimizar procesos y pasos de trabajo mediante dispositivos y capaces de actuar autónomamente, la automatización supone un componente de enorme importancia en la denominada industria 4.0. Aquí se combinan procesos de producción industrial con innovaciones digitales procedentes de la técnica de la información y de la comunicación. La mencionada interconexión se basa, entre otros, en las soluciones de automatización inteligente, tales como la robótica y sus productos. Al respecto, automatización, robótica y la transformación digital son dependientes entre sí, de manera que un robot desarrollado para una actividad específica puede ejecutar un determinado paso de trabajo sin intervención humana y, de esta forma, automatizar el proceso.
La selección y cantidad de los pasos de trabajo a automatizar dentro de una cadena de creación de valor es variable. Dependiendo del uso de máquinas y robots autónomos o semiautónomos se puede diferenciar entre una automatización parcial o total. Si el proceso está totalmente o casi totalmente automatizado, se denominará automatización.
Las razones para el proceso continuo de automatización son diversas, si bien cabe destacar especialmente los motivos económicos. Así, mediante el empleo industrial de robótica, procesos de digitalización y otras soluciones de automatización es posible aumentar la productividad y la calidad de producto, así como reducir los defectos y el tiempo empleado. Mientras que desde la perspectiva económica es inevitable actuar de forma eficiente con la energía y los recursos, también el ecosistema y la sociedad se benefician a su vez de esta forma de actuar. Junto a la optimización general de procesos de producción, mediante sistemas inteligentes se pueden también ahorrar gastos de personal. La suma de estos aspectos permite a las empresas reaccionar de forma flexible y dinámica al mercado, a la competencia y a las condiciones sociales marco. Primariamente, en ramas de la industria tales como la industrial del metal o la del automóvil, las máquinas y robots, además, alivian a las personas porque asumen tareas duras físicamente o monótonas.
Por tanto, automatización, digitalización y robótica ejercen una influencia sobre el mercado laboral y la posición de las personas dentro de muchas cadenas de creación de valor. En el marco de la producción los ámbitos de actividades sufren un desplazamiento, a veces muy destacado. Dado que los robots industriales perfeccionan el manejo, montaje y tratamiento de piezas las tareas humanas se trasladan sobre todo a la planificación, el control y el mantenimiento. Además, la colaboración entre el ser humano y la robótica aumenta porque, a pesar los avanzados sistemas y de las innovadoras tecnologías, no se ha alcanzado al ser humano en sus capacidades específicas, su creatividad y su conocimiento implícito. Con la automatización de algunos procesos de trabajo aumenta, al mismo tiempo, el valor de aquellos que pueden ser ejecutados por personas.
El espectro de rendimiento de la automatización no se limita a las naves de producción sino que va más allá. Entre las muchas aplicaciones se encuentra, por ejemplo, la regulación constante de la temperatura y de la humedad del aire en edificios de viviendas privados. En el tráfico rodado se emplean reductores automatizados y máquinas de estacionamiento para aumentar la seguridad y la comodidad. Los vehículos autónomos no tardarán en dirigir autónomamente su trayecto en el tráfico rodado, mientras que el transporte de productos de consumo se automatizará y drones sin personas entregarán rápidamente las mercancías pedidas. Correspondientemente, se encuentra un uso de automatización, robótica y digitalización que aporta utilidad en los más diversos ámbitos de aplicación.
Reductores en la robótica: construcción y estructura
Dinámica, precisión y autonomía: el perfil de requisitos para los robots aumenta continuamente y plantea retos cada vez más grandes a investigadores y desarrolladores, así como a ingenieros. El éxito de la robótica y su creciente aceptación se basan sobre todo en los rendimientos técnicos y mecánicos. Se pueden apreciar las complejas estructura y construcción de la robótica observando los robots industriales que desde hace muchos años tienen su lugar en las instalaciones de producción de todo el mundo.
Aunque los robots industriales ejecutan diversas actividades y se diferencian entre sí correspondientemente mediante complementos específicos o versiones, en gran medida tienen la misma estructura base. Esta se compone de una cadena de elementos cinemáticos entre los que se encuentran diversos árboles y elementos de unión tales como articulaciones giratorias, oscilatorias y de impulso. Los elementos mencionados son la condición para que el robot, también llamado «manipulador», o, antes bien, su brazo o sistema de agarre pueda moverse libremente en el espacio y pueda entrar en contacto con piezas de trabajo.
El movimiento de los elementos mencionados es permitido exclusivamente mediante un accionamiento integrado. Este adquiere una importancia decisiva que resulta fundamental para el funcionamiento del robot: la transmisión de potencia segura y fiable. Los reductores de precisión de las series SHG-2UH/2SO/2SH de Harmonic Drive AG están predestinados para el empleo dinámico y preciso de robots industriales. Con su cojinete de salida fijo permiten una construcción sencilla y que ocupa poco espacio y ofrecen un eje hueco que incluye espacio para el establecimiento de líneas de abastecimiento, ejes y otros medios.
Junto a cinemática, sistema de agarre y accionamiento, los sensores, tanto internos como externos, son elementos importantes de la robótica. Mientras que sensores internos registran informaciones sobre la posición y posicionamiento actual de árboles y articulaciones del robot, los sensores externos informan sobre el entorno, esto es, las circunstancias espaciales a las que está sometida la robótica. Los datos recogidos son utilizados por la unidad de control, que prescribe y controla los movimientos y acciones del robot conforme a su programación.
La historia de la robótica
Los robots se consideran la innovación del siglo XX y del siglo XXI y, para muchas personas, son la quintaesencia de la informática, la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica. Si bien el desarrollo de la robótica ha progresado sensiblemente en el mencionado período de tiempo, ya existían antecesores de los modernos robos actuales hace muchos siglos. Así, los primeros experimentos con máquinas autónomas, entre ellas, máquinas musicales y puertas de templos que se abrían autónomamente, se realizaron ya en la antigüedad. En el año 1737, el ingeniero e inventor Jacques de Vaucanson inventó un tocador de flauta mecánico capaz de tocar unas doce canciones diferentes, así como un pato mecánico. Este último era capaz de mover las alas y de beber agua; de Vaucanson empleó 400 componentes para su construcción. Estas y otras máquinas automáticas y modelos basados en automatización eran generalmente prototipos que no se reprodujeron comercialmente. Antes bien, eran la obra de investigadores e inventores.
El éxito generalizado de la robótica llegó finalmente en el año 1960, cuando los primeros robots empezaron a trabajar a lo largo de la producción en cadena. Los robots accionados hidráulicamente, estáticamente vinculados, se utilizaron al principio, por ejemplo, para soldar piezas de fundición y revolucionarían la actividad de las naves de producción de todo el mundo. Ya en los años 80 del siglo XX los robots industriales se habían establecido en el sector industrial, sobre todo en el sector del automóvil. El desarrollo de la robótica progresó a gran velocidad, de manera que se concibieron, produjeron y emplearon los primeros robots móviles. Debido al progreso técnico aumentó a su vez de forma constante el espectro de aplicación de la robótica. Hoy, automatización y digitalización aumentan en casi todos los sectores de forma imparable: también la robótica.
Robots industriales: Garantía de rentabilidad y eficiencia
El empleo de la robótica dentro del sector industrial supone un elemento extremadamente importante, por no decir imprescindible. Mientras que los robots industriales tradicionalmente tenían una gran relevancia especialmente en la producción en cadena de la industria del automóvil, mediante innovaciones y progreso técnico se han desarrollado continuamente y son hoy un integrante fijo de la cadena de producción de valor. Mediante el proceso de automatización y el esfuerzo continuo por conseguir rentabilidad, eficiencia y sostenibilidad, la robótica mantendrá su posición fundamental también en el futuro.
Básicamente, las posibilidades de utilización del robot industrial son muy diversas y varían en cada sector. Ámbitos de aplicación típicos de la producción son dispositivos de manejo para montar, embalar y equipar máquinas. También en el marco de procesos tales como pintura, medición, esmerilado, corte y soldado se utilizan robots industriales. Los requisitos a cumplir por los robots industriales se distinguen, sobre todo en lo que respecta a su forma de construcción técnica y mecánica, en función de la cartera de tareas requeridas. En el marco de pasos de trabajo y procesos sencillos que se repiten sin modificaciones se suele utilizar robótica que no dispone de movilidad ni de sistemas sensores. Muchos sectores incluyen, en cambio, cadenas de producción de valor que requieren de forma esencial robots complejos. Aquí se necesitan sistemas sensores, tecnologías inteligentes y amplias posibilidades de programación y de control.
En el contexto industrial, los robots móviles, autónomos, tienen una influencia enorme sobre la ampliación del espectro de aplicación de la robótica. Debido a la vinculación con tecnologías inteligentes y los modos de trabajo autónomos resultantes de ella, los robots mencionados se emplean en el transporte y la logística de muchas naves de producción. Si se deben transportar materiales, por ejemplo, para equipar máquinas, robots especiales se encargan del transporte. Estos actúan como elemento conector entre los pasos de trabajo particulares y forman parte de la llamada «fábrica inteligente».
Robot sanitario – Asistente 2.0
En la medicina, la robótica asume principalmente una función de asistencia y sirve al personal especializado como una mano que ayuda. Gracias a su rendimiento de trabajo constante, los robots sanitarios reducen la duración de las operaciones y minimizan los errores de tratamiento provocados, entre otros factores, por el cansancio. Pero la robótica no solo es útil en la sala de operaciones. De ella también se beneficia el sector de la enfermería y los cuidados en régimen interno (ingreso) en centros, un sector que se ve especialmente afectado por el cambio demográfico. Mientras que cada vez más personas se consideran «dependientes» (requieren cuidados o asistencia) y no son capaces de vivir sin asistencia, la escasez de personal no para de constatarse. Los robots sanitarios asisten al personal asumiendo tareas como el transporte de bolsas de sangre y rellenar muestras. En este contexto, las tecnologías inteligentes de la robótica dejan así tiempo libre que puede ser utilizado para elevar la intensidad y atención de la asistencia ofrecida a los pacientes por parte del personal especializado.
En contra de lo que alguna ficción podría sugerir, la robótica en el ámbito de la medicina no persigue el objetivo de reemplazar a cirujanos, internistas ni enfermeros. En principio, los robots sanitarios no actúan independientemente sino que suelen ser controlados por personal especializado cualificado. En este sentido, robótica y técnica suponen, antes bien, una manipulación positiva u optimización de las capacidades humanas, siendo así de relevancia para el conjunto de la sociedad. Esta relevancia se pone de manifiesto en el ámbito de la rehabilitación mediante los llamados exoesqueletos. Estas estructuras de apoyo están provistas de servomotores y ayudan a personas enfermas a ejecutar movimientos cotidianos y a recuperar su movilidad.
Robots de servicio en hogares privados (nivel doméstico)
En el entorno industrial y en muchos subsectores de la economía y de la ciencia la robótica ya es un acompañante cotidiano. Mientas que aquí persona, máquina y robot trabajan de la mano, el espectro de aplicación de la robótica en el hogar privado se limita actualmente, en términos comparativos, a pocas actividades. Los robots de servicio, también llamados «robots domésticos», se caracterizan por su movilidad e independencia. Son capaces de asumir, especialmente, trabajos de limpieza tales como cortar el césped y «pasar la aspiradora» sin intervención ni manejo de una persona. Con la ayuda de sensores específicos y una programación orientada a tareas, estos robots pueden navegar autónomamente y demuestran una gran adaptabilidad frente a cambios espaciales.
Aun así, la complejidad básica del empleo de la robótica en el hogar plantea grandes retos para la investigación y el desarrollo. Así, el entorno mencionado se define como muy sensible y dinámico. Especialmente, los robots móviles actúan aquí en contacto directo con personas, por lo que no existe margen para sistemas ni tecnologías que se encuentren todavía en fases tempranas de desarrollo, y resulta imprescindible que el funcionamiento sea preciso y exento de errores. Además, muchas actividades requieren amplios y variados patrones de movimiento, pasos de trabajo y condiciones marco. Los sistemas de la robótica deben, por tanto, ser capaces de reaccionar a su periferia (entorno) de forma precisa, dinámica y basada en la experiencia. Al componente social se le asigna a este respecto una relevancia central.
A pesar de las problemáticas mencionadas, la robótica adquiere cada vez más importancia en la vida privada y la cantidad de robots utilizados en hogares aumenta ostensiblemente. Para este proceso resultan decisivos tanto el desarrollo técnico como la creciente aceptación entre la población. Una parte fundamental del éxito y del progreso de la robótica en su conjunto (incluida la robótica en el ámbito privado) se debe, además, a la inteligencia artificial y al tratamiento sistemático del flujo de información. Mediante la automatización del comportamiento inteligente, los robots de servicio deben poder tratar problemas basándose en valores de la experiencia y en informaciones introducidas externa o internamente. En este contexto, la idea principal es optimizar la comunicación y la interacción entre hombre y máquina de forma que aporte utilidad.
La robótica en el ámbito militar
Entre los numerosos ámbitos de aplicación de la robótica se encuentran también la prevención del terrorismo, la protección civil (contra catástrofes) y el ámbito militar. Los robots desarrollados para el uso militar, los llamados «robots militares» o los sistemas militares sin humanos actúan principalmente en los ámbitos de la observación, detección, espionaje y servicio de vigilancia. En el uso práctico ya se han probado, sobre todos, los drones de combate, que contribuyen la detección y, si es necesario actuar, disponen de misiles, sirviendo correspondientemente para atacar objetivos. Mientras que las tareas mencionadas actualmente tienen lugar en el ámbito operacional-táctico, en parte muy reducido, se trasladarán a la robótica en el futuro cada vez más competencias, a la luz de la progresiva automatización. En este contexto, la autonomía de la robótica adquiere protagonismo y plantea cuestiones éticas. Junto a la automatización, la inteligencia artificial y la autonomía también se observa la tendencia de miniaturización de estructuras en la tecnología militar.