Telerrobótica

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

Teleoperación

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 una persona opera un dispositivo o una máquina a distancia.

Teleoperación es el término más estándar, utilizado tanto en comunidades técnicas como de investigación, para referirse a la operación a distancia. Esto se opone a la "telepresencia", que se refiere al subconjunto de sistemas telerrobóticos configurados con una interfaz inmersiva de modo 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, oído 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 agujeros) de forma remota, de modo que el operador se sintiera como si estuviera insertando las clavijas cuando en realidad era un robot que realizaba la tarea de forma remota.

Un telemanipulador (o teleoperador) es un dispositivo controlado remotamente 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 atado. Cuando los retrasos en las comunicaciones hacen que el control directo sea poco práctico (como un rover planetario remoto), o se desea reducir la carga de trabajo del operador (como en un avión espía o de ataque controlado a distancia), el dispositivo no se controlará directamente, sino que se le ordenará que siga un camino especificado. En niveles crecientes de sofisticación, el dispositivo puede funcionar de manera un tanto independiente en asuntos como la evasión 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 telequerica.

Dos componentes principales de la telerrobótica y la telepresencia son las aplicaciones visuales y de control. Una cámara remota proporciona una representación visual de la vista desde el robot. Colocar la cámara robótica en una perspectiva que permita el control intuitivo es una técnica reciente que, aunque basada en la ciencia ficción (Waldo 1942 de Robert A. Heinlein), no ha sido fructífera ya que la velocidad, la resolución y el ancho de banda han sido adecuados solo recientemente para la tarea de poder controlar la cámara del robot de manera significativa. Usando una pantalla montada en la cabeza, el control de la cámara se puede facilitar siguiendo la cabeza como se muestra en la figura a continuación.

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 e informático del movimiento y la respuesta, y distorsión óptica debido a la lente de la cámara y las lentes de la pantalla montadas en la cabeza, pueden causar que el usuario se sienta "enfermo del simulador". #39; eso se ve exacerbado por la falta de estimulación vestibular con representación visual del movimiento.

La discrepancia entre los movimientos de los usuarios, como los errores de registro, el retraso en la respuesta del movimiento debido al sobrefiltrado, la resolución inadecuada para movimientos pequeños y la lentitud 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 en todo el sistema, y la tensión o frustración del usuario puede dificultar el uso del sistema.

La tendencia de 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 que los dispositivos robóticos parezcan 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.

Interfaces

Una interfaz telerrobótica puede ser tan simple como una interfaz MMK (monitor-ratón-teclado) común. Si bien esto no es inmersivo, es económico. Los telerrobóticos impulsados por conexiones a Internet suelen 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 una o dos pantallas oculares, y una interfaz ergonómicamente adaptada con joystick y botones, controles deslizantes y controles de activación relacionados.

Otras interfaces combinan interfaces de realidad virtual completamente inmersivas y video en tiempo real en lugar de imágenes generadas por computadora. Otro ejemplo sería utilizar una cinta de correr omnidireccional con un sistema de visualización inmersivo 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.

Aplicaciones

Espacio

Con la excepción del programa Apolo, la mayor parte de la exploración espacial se ha realizado con sondas espaciales telerrobóticas. La mayor parte de la astronomía espacial, por ejemplo, se ha llevado a cabo con telescopios telerrobóticos. La misión rusa Lunokhod-1, por ejemplo, puso un rover controlado a distancia en la luna, que fue conducido en tiempo real (con un retraso de 2,5 segundos a la velocidad de la luz) por operadores humanos en tierra. Los programas de exploración planetaria robótica utilizan naves espaciales programadas por humanos en estaciones terrestres, lo que esencialmente logra una forma de operación telerrobótica con un retraso prolongado. Ejemplos notables recientes incluyen los rovers de exploración de Marte (MER) y el rover Curiosity. En el caso de la misión MER, la nave espacial y el rover operaron con programas almacenados, con los controladores 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 agregado un robot humanoide Robonaut a la estación espacial para experimentos telerrobóticos.

La NASA ha propuesto el uso de sistemas telerrobóticos de gran capacidad para la futura exploración planetaria 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 de alta capacidad se opera en condiciones reales. tiempo en la superficie. Tal sistema iría más allá de la simple robótica de retardo de tiempo prolongado y pasaría a un régimen de telepresencia virtual en el planeta. Un estudio de este concepto, el concepto Exploración humana usando operaciones robóticas en tiempo real (HERRO), sugirió que tal misión podría usarse para explorar una amplia variedad de destinos planetarios.

Telepresencia y videoconferencia

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

Ha habido dos enfoques principales que utilizan la videoconferencia en una pantalla.

• Robots de telepresencia de escritorio Normalmente monta un teléfono o una tableta en un soporte de escritorio motorizado para que la persona remota pueda mirar alrededor de un entorno remoto al girar y inclinar la pantalla.
• Robots de telepresencia legible Normalmente contienen una pantalla (teléfono integrado o separado o tableta) montada en una base de itinerancia. Los robots de telepresencia más modernos pueden incluir la capacidad de operar de forma autónoma. Los robots pueden mapear el espacio y ser capaces de evitar obstáculos mientras se conducen entre las habitaciones y sus estaciones de acoplamiento.

Los sistemas de videoconferencia tradicionales y las salas de telepresencia generalmente ofrecen cámaras de movimiento horizontal, vertical y 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 suele verse como 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" permiten a los usuarios mirar a su alrededor durante una reunión y son lo suficientemente pequeños como para llevarlos de un lugar a otro, eliminando la necesidad de navegación remota.

Algunos robots de telepresencia son muy útiles para algunos niños con enfermedades crónicas 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 les ayuda significativamente a superar la soledad.

Aplicaciones marinas

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

Telemedicina

Además, se está realizando una gran cantidad de investigación sobre telerrobótica 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 permitir que entren las manos.

Robots policiales y de respuesta a emergencias

NIST mantiene un conjunto de estándares de prueba que se utilizan para los sistemas telerrobóticos de aplicación de la ley y de respuesta a emergencias.

Otras aplicaciones

Los manipuladores remotos se utilizan para manipular materiales radiactivos.

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