Darle sentidos al robot

Lee valores reales de sensores, encuentra umbrales y calibra un robot para poder confiar en lo que percibe.

70 a 85 minutos

Ideas clave

Cuatro sentidos que puede tener un robot

Un robot percibe el mundo a través de sensores. Cuatro de los más comunes son el sensor de contacto (¿lo están presionando?), el de distancia (¿qué tan lejos está lo más cercano?), el de luz (¿qué tanta claridad hay?) y el de color (¿de qué color es la superficie?).

Una lectura es un número, no un sí o un no

La mayoría de los sensores no dicen solo "sí" o "no": dan un número al que se le llama lectura del sensor. Un sensor de distancia podría marcar 12 centímetros; uno de luz podría marcar un brillo de 47.

Un umbral convierte los números en decisiones

Un umbral es un número de corte que tú eliges para separar dos casos. Si escoges 15 centímetros, cualquier lectura por debajo de 15 significa "cerca" y cualquier lectura por encima de 15 significa "lejos".

Límites de detección: todo sensor tiene un alcance

Ningún sensor puede percibirlo todo. Un sensor de distancia deja de funcionar más allá de cierto alcance: puede leer bien hasta unos 2 metros y dar puras tonterías más allá. Ese punto más lejano en el que todavía percibe es su límite de detección.

Ruido: por qué una sola lectura no basta

Apunta un sensor de distancia a una pared que no se mueve y léela varias veces. Puedes obtener 30, 31, 30, 29, 31: el número baila un poco aunque nada haya cambiado. A ese bailoteo se le llama ruido.

Calibración y confiabilidad

Calibrar significa revisar o ajustar un sensor para que sus lecturas sean correctas en este cuarto y con este robot. Un sensor de luz lee distinto en un cuarto soleado que en uno oscuro, así que el mismo umbral no funciona en todas partes: lo calibras para el cuarto en el que estás.

Palabras que hay que saber

Sensor de contacto:: Un sensor que indica si lo están presionando o no, como un botón o un parachoques.
Sensor de distancia:: Un sensor que mide qué tan lejos está el objeto más cercano, normalmente en centímetros.
Sensor de luz:: Un sensor que mide qué tan claro u oscuro está, y da un número más alto cuando hay mucha luz.
Sensor de color:: Un sensor que lee el color de la superficie que tiene justo enfrente, como rojo, azul o blanco.
Lectura del sensor:: El número que te da un sensor en un momento dado, como 20 centímetros o un brillo de 47.
Umbral:: Un número de corte que tú eliges y que separa dos casos, como "más cerca de 15 cm significa cerca".
Límite de detección:: El punto a partir del cual un sensor ya no puede percibir, como un sensor de distancia que no lee más allá de unos 2 metros.
Calibración:: Ajustar o revisar un sensor para que sus lecturas sean correctas en este cuarto y con este robot.
Ruido:: Pequeños bailoteos en una lectura aunque nada cambie, que es la razón por la que se toman varias lecturas.
Confiabilidad:: Qué tanto puedes confiar en que un sensor te dé la misma lectura correcta cada vez.
Ensayo:: Una sola medición dentro de una prueba; normalmente se hacen varios ensayos y se comparan.
Línea base:: Una lectura inicial que tomas en una condición conocida y estable, para comparar con ella las demás lecturas.

Tu actividad

Laboratorio de investigación de sensores

Meta: Medir cómo cambia la lectura de un sensor conforme cambia una condición, y encontrar un umbral que separe con claridad dos casos.

Elige una condición para ir cambiando paso a paso (la distancia a una pared, el brillo o el color de la superficie) y lee el sensor en cada paso.
Anota cada lectura en la bitácora. Luego observa los números y elige un umbral: un valor de corte que separe "cerca de lejos" o "claro de oscuro".
Recuerda: esta semana el robot solo lee y reporta. Tú eres quien decide qué significan los números.

Escribe qué pasó:

Reto de calibración y umbral

Meta: Lidiar con el ruido tomando varias lecturas y luego calibrar un umbral de claro u oscuro (o cerca o lejos) que funcione de forma confiable en este cuarto.

Elige una condición estable y toma varias lecturas de lo mismo sin cambiar nada; fíjate cuánto baila el número. Ese bailoteo es el ruido.
Toma una lectura en una condición claramente "baja" y otra en una claramente "alta" (oscuro contra claro, o cerca contra lejos). Pon tu umbral a la mitad para que separe limpiamente las dos.
Pon a prueba tu umbral: comprueba que las lecturas de la condición baja caigan de un lado y las de la condición alta del otro. Si no, ajústalo: eso es calibrar.

Escribe qué pasó:

Predice

Escribe tu conjetura antes de probar.

Antes de medir: si un sensor de distancia marca 20 cm cuando la pared está a 20 cm, ¿qué predices que va a marcar cuando muevas la pared a 40 cm? ¿Un número más grande o más chico, y más o menos cuál?

Predice: si lees cinco veces seguidas la misma pared quieta, ¿vas a obtener exactamente el mismo número cada vez?

Prueba y registra

Tabla de distancia contra lectura

Coloca la pared (o fija la condición) en cada distancia de la lista, toma la lectura del sensor y anota el número. Si baila, usa la de en medio de tres lecturas.

Registra: La lectura del sensor en cada distancia fijada, y si dirías que es cerca o lejos

Distancia fijada (cm)	Lectura del sensor	¿Cerca o lejos?

Comprobación de ruido con tres ensayos

Elige una condición y no la cambies. Lee el sensor tres veces seguidas y anota cada lectura para ver cuánto baila.

Registra: Cuánto cambia la lectura entre ensayos cuando nada está cambiando (el ruido)

Ensayo	Lectura del sensor	Diferencia con el ensayo 1

Comprobación de conocimientos

Responde cada pregunta. En las de opciones, encierra en un círculo la mejor respuesta.

Relaciona cada sensor con lo que mide.
Sensor de distancia
Sensor de luz
Sensor de contacto
Sensor de color
Qué tan lejos está algo
Qué tanta claridad hay
Si algo está presionado
De qué color es una superficie
(Draw a line from each item on the left to its match on the right.)
Con tus propias palabras, ¿qué es un umbral de sensor?
¿Qué es una lectura de sensor?
- A.El número que te da un sensor en un momento dado
- B.El nombre del sensor
- C.El color del robot
- D.Un comando que mueve al robot
Un sensor de distancia marca 30 cm frente a una pared y 12 cm frente a una pared más cercana. ¿Qué te dice esto sobre cómo funciona la lectura?
- A.La lectura se hace más grande cuando las cosas se acercan
- B.La lectura se hace más chica cuando las cosas se acercan
- C.La lectura es al azar y no significa nada
- D.El sensor está descompuesto
Quieres que el robot trate como "cerca" todo lo que esté a menos de 15 cm. ¿Cómo se llama ese número 15?
- A.Un límite de detección
- B.Ruido
- C.Un umbral
- D.Un actuador
Lees cinco veces la misma pared quieta y obtienes 30, 31, 30, 29, 31. ¿Por qué bailan los números?
- A.La pared se sigue moviendo
- B.Por el ruido, así que se toman varias lecturas
- C.El umbral está mal
- D.Al sensor se le acabó la batería
Tu umbral de claro u oscuro funcionó en el salón, pero falla en un cuarto soleado. ¿Qué deberías hacer?
- A.Darte por vencido: los sensores de luz no sirven afuera
- B.Calibrar el sensor para el cuarto nuevo y fijar un umbral nuevo
- C.Hacer que el robot avance más rápido
- D.Ponerle más ruedas

Reflexiona

¿Cuándo te dio tu sensor una lectura inesperada, y qué pudo haberla causado?

Leíste varias veces un objeto quieto y obtuviste números un poco distintos. ¿Por qué pasa eso, y qué hiciste al respecto?

¿Por qué un robot que percibe perfecto en un cuarto puede necesitar una nueva calibración en otro cuarto?