Mapas para robots

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Los  mapas han servido desde siempre para ubicarnos, para hallar tesoros, para estrategias militares. Un mapa es una descripción pictórica y simbólica de una realidad geográfica.

medina

Plano de Medina de la ciudad de Puebla, fragmento.

 

Hasta mediados del siglo XX los mapas estaban en papel y había mapas para todo: hidrológicos, orográficos, turísticos, de riesgo volcánico. Pero en la segunda mitad del siglo XX se unieron dos tecnologías para generar nuevas formas de ver y hacer mapas: los satélites y las computadoras. De ahí aparecieron los Sistemas de Información Geográfica (GIS en inglés), que unen datos a la imagen, ya sea en un mapa o en una foto satelital del terreno.

Los robots móviles hicieron su aparición más o menos por la misma época. Y desde el inicio se presentaron dos posibilidades. O el robot tiene una ruta predefinida y la sigue sin desviarse de ella. O el robot  tiene una meta y se mueve en el terreno hacia ella reaccionando a los obstáculos. Ambos casos tienen problemas aún por resolver, pero para un robot que sale del laboratorio se busca una mezcla de ambos casos. Esto se debe a que se pueden tener imprevistos en una trayectoria bien definida para el robot y este debe reaccionar pero sin perder su objetivo.

Así que hay que hacer también mapas para robots. El área de la robótica que trata sobre estos mapas es la planificación de trayectorias robóticas.

Un robot que salió de su laboratorio y se perdió:

 

Imagina que quieres que un robot se desplace por una casa. Puedes obtener un plano de la casa y lo cargas en la computadora que planificará la trayectoria del robot. A veces lo primero que se hace es mandar a un robot que lentamente vaya moviéndose por la habitación, recorriéndola palmo a palmo, pero con un sistema que detecte su posición exacta respecto a alguna posición fija o punto de inicio. Así sabe en qué coordenadas está a cada momento. Cada vez que se detiene gira para que sus sensores revisen la habitación. Generalmente estos sensores pueden ser sonares. Es decir, son dispositivos electrónicos que lanzan un sonido ultrasónico que rebota en las paredes y el dispositivo la capta. Dependiendo del tiempo que tarde en regresar es la distancia a la que está la pared del robot que se encuentra fijo. Esto ya lo hacía la naturaleza desde hace miles de años y los roboticistas le han copiado.

¿Qué donde se ve eso? En los murciélagos, las ballenas, los delfines. Los elefantes también pueden ubicar a sus compañeros a largas distancias pero emitiendo sonidos subsónicos. El oído humano es capaz de detectar ondas de sonido con frecuencias de entre veinte y veinte mil Hertz. Para darte una idea, si nuestro corazón late sesenta veces por minuto, entonces está pulsando a 1 Hertz, pues el Hertz se define como el cantidad de pulsos por segundo. Cuando una onda de sonido pulsa a más de veinte mil Hertz es una onda ultrasónica, cuando lo hace a menos de veinte Hertz es subsónica. Así que con sonidos ultrasónicos se va generando una imagen tridimensional de la habitación, y es el mapa para el robot.

Imagina ahora que no solo has hecho el mapa de una habitación sino que has hecho la imagen ultrasónica de un departamento y deseas que el robot se dirija desde la sala hasta el comedor para traerte una bebida.

Entonces las computadora genera distintas trayectorias y elige la mejor según algún criterio: menor distancia, menor tiempo, menor costo de energía, menos número de vueltas. Ya elegida el robot va hacia el comedor siguiendo la ruta trazada. Pero puede ocurrir que se atraviese una persona, o un gato u ¡otro robot!. Su computadora de a bordo debe reaccionar a lo que sus sensores le indiquen y decidir si se detiene o se desvía. Y luego continuar hasta llegar a la meta.

Terminator tiene este sistema muy logrado:

Esto que nos parece tan trivial es un área de investigación desde hace años. Y ya es posible que los robots vayan de un lado a otro sin obstáculos móviles, pero no tan fácil. De hecho existe un concurso internacional llamado RoboCup @home en donde se hace la maqueta de tamaño natural de un par de habitaciones y se reta a los equipos que llevan su robot a que realicen alguna tarea cotidiana: llevar la bebida de un sitio a otro, quitar algún traste y ponerlo en su lugar.

MArkovito

Markovito del INAOE, concursante mexicano de @home, ganador en el 2013

Pero en los últimos años ha aparecido un nuevo tipo de robot, los drones. Un drone es un vehículo aéreo no tripulado, que es capaz de controlar alguna de sus variables. La altura, la velocidad, la ruta, o una mezcla de ellas. Se han puesta de moda los robots que se elevan con hélices cuadracópteros o hexacópteros, que han demostrado ser muy estables.

 

Estos robots son capaces de revisar un edificio con sus sonares y medirlo con precisiones milimétricas. Casi siempre llevan un aparato de GPS que les permite saber su posición, un altímetro y un acelerómetro, entre otros. Debido a que es menos común encontrar obstáculos a cierta altura su uso se ha  disparado en los últimos años.

 

Estas tecnologías que se han desarrollado para los robots y otras aplicaciones (generalmente militares), ahora nos sirven en apps desde nuestros celulares.

Por ejemplo, si te quieres desplazar desde una casa a otra en distintas partes de la ciudad prendes algún sistema que mapa con GPS, que te indica donde estás y hacia donde debe ir. Tú mismo vas actualizando el mapa al moverte por entre las calles y el GIS integrado  la app te indica si en alguna calle hay tráfico o si está cerrada.  Así que te comportas como la computadora de a bordo y en cada obstáculo decides si te detienes (para no atropellar a alguien) o te desvías (se crees que habrá demasiado tráfico según la información recibida), cambiando la ruta según algún criterio: hacer menos tiempo, dar menos vueltas, pasar por cierta calle.

mapa CU

mapa sobre foto satelital con indicaciones de tráfico y tiempo de llegada desde el volcán Cuexcomate a CU en Puebla

Esto no es un futuro lejano, ya se hacen autos autónomos y pronto estarán en la calle.  Autos sin volante, te subes y le indicas a donde ir. ¿quieres uno?

 

Este es el año internacional de los mapas, esta entrada es mi contribución para conmemorarlo.

 

 

 

Divulgador científico. Matemático de formación, apasionado de la ciencia y la tecnología, sobre todo de los robots.

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