La ciencia detrás de los electrodomésticos: Cómo navegan los aspiradores robóticos

Las aspiradoras robotizadas pueden navegar por su casa, barrer la suciedad mientras evitan caerse por las escaleras. ¿Cómo encuentran su camino? Analizamos la ciencia de la navegación robótica.

(Last Updated On: noviembre 1, 2018)

Todos hemos visto aspiradores robot merodeando por las casas de la gente. Estas aspiradoras robóticas se mueven alrededor del piso, recogiendo polvo y suciedad y luego regresan a sus nidos electrónicos para recargarse. Todos estos productos , como el Robot Roomba 880 , incluyen una cantidad alarmante de dispositivos electrónicos inteligentes. (Puedes ir a esta web para comprar y comparar diferentes modelos de aspiradores roboticos)Entonces, ¿cómo es que estas maravillas de la tecnología de limpieza moderna se mueven por su casa? La respuesta consta de dos partes: sensores e inteligencia.

Sensores: Cómo ve el mundo un robot aspirador

Las aspiradoras robóticas  no usan cámaras para ver el mundo. En su lugar, utilizan varios tipos de sensores para detectar y medir los entornos que les rodean y su propio avance a través de ellos, incluyendo sensores de precipicios (como escaleras abajo), sensores de choque, sensores de pared y codificadores ópticos. Los sensores de precipicio miden la distancia entre la base del robot y el suelo, por lo general haciendo rebotar la luz infrarroja en el suelo. Si se produce un aumento repentino de la distancia al suelo, significa que el robot se está acercando a un borde de escalera o algo similar, por lo que retrocederá para evitar caer sobre él (de ahí el nombre de “sensor de precipicios”).

El nombre dado a los sensores de impacto también revela lo que hacen: si la aspiradora del robot choca contra algo (como una pared o una pata de silla), el impacto dispara el sensor. Los sensores de pared son como los sensores de precipicios, pero en una dirección diferente: avisan al robot cuando está cerca de una pared u otro objeto, para que pueda seguir la pared.

Patente presentada por iRobot

Los codificadores ópticos son los más importantes: estos sensores en las ruedas del robot le indican hasta dónde ha llegado. Se llaman codificadores ópticos porque utilizan un sensor de luz para detectar cuántas veces han girado las ruedas. A partir de esto (y de cualquier diferencia entre las ruedas, que indica un giro), el robot puede averiguar hasta dónde ha recorrido. Los diversos modelos pueden incorporar sensores adicionales (como un escáner de polvo para ver cuánto polvo se está recogiendo), pero estos son los sensores básicos que incluyen todas las aspiradoras robóticas.

Esta combinación de sensores significa que el robot sabe algunas cosas sobre el mundo que le rodea: qué tan lejos ha llegado, con qué cosas se ha topado y de qué superficies podría caerse. Éstas son las habilidades que un robot de limpieza necesitará tener para navegar el mundo alrededor de él.

Cómo navega un robot aspirador por el mundo

Por lo tanto, el robot sabe algunas cosas sobre el mundo a medida que se mueve a su alrededor. ¿Qué le da a una aspiradora robótica la inteligencia suficiente como para averiguar lo que ha limpiado (y lo que no ha limpiado) todavía? La respuesta puede sorprenderte: los insectos.

La mayoría de los aspiradores modernos robots nacieron del trabajo de Rodney Brooks, un experto en robótica del MIT (y uno de los fundadores de iRobot, fabricantes de la Roomba) que estudiaba animales simples como insectos y platelmintos. Fue parte de una nueva ola de investigación de inteligencia artificial (IA) que se alejó de problemas complejos como enseñar a una computadora a jugar ajedrez para concentrarse en lo básico de la inteligencia. Este movimiento razonaba que una hormiga no es inteligente, pero que puede moverse por el mundo. ¿Cómo? Se dieron cuenta de que, al seguir un conjunto simple de reglas, estos sencillos animales podían crear comportamientos complejos. Una hormiga individual no tiene mucho poder mental, pero tiene un conjunto de normas básicas que le permiten buscar comida, regresar al nido y guiar a los demás. Asimismo, una aspiradora robótica no necesita saber las dimensiones exactas de un cuarto para limpiarlo. En cambio, sólo necesita saber cómo reaccionar en unas cuantas situaciones diferentes, y será capaz de limpiar una habitación. Los especialistas en robótica llaman a estas reglas “comportamientos”, y son cosas sencillas como si te golpeas contra una pared , das media vuelta y te alejas de ella.

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Patrón de movimiento de un robot aspirador.

Estos comportamientos se describen en una patente presentada por iRobot en el 2002. Estos comportamientos son extremadamente simples: el comportamiento “recto” le dice al robot que siga recto hasta que golpee algo. El comportamiento de “rebote” le dice que cuando golpea algo, debe detenerse, girar a un ángulo alejado de la pared y volver a moverse en línea recta. El comportamiento de “espiral” le dice que se mueva hacia afuera en una espiral, limpiando el piso en círculos que se expanden. El comportamiento de “seguir la pared” le dice que, bueno, siga la pared “rebotando” y yendo “recto” hasta que la pared esté constantemente a cierta distancia.

Cuando usted los aplica a una aspiradora robótica, estas reglas le permiten navegar por una habitación. La patente describe una secuencia típica de comportamientos:

  1. Suponiendo que el usuario lo haya colocado sobre un sitio sucio, la aspiradora empieza a ir en “espiral” hasta que “rebota” en algo, o ha viajado lo suficientemente lejos como para cubrir un área de tamaño decente.
  2. Si se ha topado con algo, cambia a un comportamiento de “seguimiento de la pared” durante un corto período de tiempo.
  3. Después de una cierta distancia, la aspiradora cambia a un comportamiento “recto” en un ángulo aleatorio. En la patente, iRobot calcula esta distancia como (3/4 × distancia media entre “baches”) + ( 1/4 × distancia más reciente entre “baches”).
  4. La aspiradora va “recta” hasta que “rebota” en algo, y luego vuelve a ir recta.
  5. En un punto determinado por el mismo cálculo que el anterior, girará en un ángulo aleatorio, luego irá “recto”, o irá ” derecho ” y luego hará una “espiral”.
Controlando una aspiradora robótica por medio del mobil

Un conjunto similar de comportamientos determina qué hacer si la aspiradora se queda atascada: tiene una variedad de movimientos (moverse lentamente, girar, retroceder) que intentará liberar, antes de que se dé por vencida y empiece a sonar patéticamente para ser rescatada.

Normalmente pensamos en robots como este como máquinas inteligentes que utilizan láseres para mapear la habitación y un ordenador complejo para planificar una ruta. Pero en realidad, las aspiradoras robóticas se parecen más a las hormigas que a alguna inteligencia artificial superior.
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