Planear una misión autónoma

Autónomo frente a control remoto

Hay dos maneras en que un robot puede hacer un trabajo. Cuando va por control remoto, una persona lo maneja en tiempo real y decide cada movimiento. Cuando es autónomo, el robot ejecuta su propio programa y usa sus sensores para decidir por sí mismo, sin que nadie lo maneje.

Esta semana se trata de misiones autónomas, porque la próxima vas a construir un robot que tiene que hacer su trabajo solo. Eso significa que todas las decisiones hay que planearlas de antemano y escribirlas en el programa.

Por ejemplo: Autónomos: una aspiradora robot, un vehículo explorador de Marte haciendo un recorrido planeado, un robot de entregas en la banqueta; Por control remoto: un carrito a control remoto, un dron con cámara manejado con palanca, un robot de rescate que una persona conduce viendo el video

Requisitos, restricciones y criterios

Antes de construir, se planea. Un requisito es lo que el robot TIENE que hacer: "llevar el bloque a la zona azul". Una restricción es un límite dentro del cual hay que trabajar: "en menos de 30 segundos", "usando un solo sensor", "que no sea más grande que una caja de zapatos". Los criterios son la forma en que vas a juzgar el éxito: "se detiene dentro de la zona" y "nunca golpea la pared".

Escribir todo esto primero mantiene honesto el plan. Si no puedes decir si el robot hizo el trabajo, es que tus criterios todavía no están lo bastante claros.

Por ejemplo: Requisito: "encontrar el objetivo y detenerse"; Restricción: "terminar en menos de un minuto"; Criterio: "se detiene a menos de 5 cm del objetivo"

Concesiones y el proceso de diseño de ingeniería

Casi nunca se puede tener todo a la vez. Una concesión es ceder algo de una cosa para conseguir más de otra. Un robot que va rápido puede perderse la lectura del sensor y chocar; frenarlo cambia velocidad por confiabilidad. Rara vez hay una sola respuesta "correcta": eliges la concesión que mejor le queda a tus requisitos y restricciones.

En ingeniería esto se maneja con el proceso de diseño: planear, construir, probar, mejorar, y luego volver a empezar. Cada vuelta es una iteración. También se piensa en la eficiencia: hacer el trabajo con menos pasos, menos tiempo o menos energía, sin romper tus criterios.

Por ejemplo: Rápido frente a confiable; Programa sencillo frente a poder con más obstáculos; Menos pasos (eficiente) frente a más revisiones cuidadosas

Diagramas de flujo: dibujar el programa antes de programarlo

Un diagrama de flujo es un dibujo de los pasos de tu programa. Las acciones van en rectángulos ("avanzar", "detenerse"). Las decisiones van en rombos y hacen una pregunta de sí o no ("¿Hay una pared adelante?"), con una flecha de salida para el "sí" y otra para el "no". Las flechas conectan los cuadros para que puedas seguir el camino que va a tomar el robot.

Dibujar primero el diagrama de flujo te deja encontrar problemas antes de construir. Un buen diagrama autónomo siempre incluye un ciclo que no deja de revisar un sensor y un final claro, que es donde va tu alto seguro.

Por ejemplo: Rectángulo = acción; Rombo = una decisión de sí o no; Flechas = el orden de los pasos

Detenerse con seguridad y robótica responsable

Un robot autónomo decide por su cuenta, así que necesita una manera de detenerse con seguridad: un comportamiento programado que lo pare cuando el trabajo está hecho o cuando algo (o alguien) se le atraviesa. Sin un alto seguro, un robot autónomo puede seguir metiéndose contra una pared o contra una persona.

Esto es parte de la robótica responsable: pensar en la seguridad y en cuándo debe seguir mandando una persona. Los robots autónomos son buenísimos para los trabajos aburridos y repetitivos, pero para cualquier cosa riesgosa (cerca de gente, o donde un error podría lastimar a alguien) una persona debe poder supervisar, tomar el control o apagarlo.

Quienes diseñan de manera responsable también piensan en la privacidad: un robot con cámara o micrófono recoge información sobre las personas, así que solo recoges lo que el trabajo de verdad necesita. Se planea para las fallas: si un sistema se descompone, ¿quién es responsable, y falla de forma segura deteniéndose en lugar de seguir de frente? Y se decide en qué trabajos el robot solo debería asistir a una persona en vez de controlarlo todo: un robot puede pasarle un instrumento a una enfermera, pero la decisión médica la toma una persona.

Por último, los buenos robots se diseñan pensando en usuarios y necesidades distintas: quienes los usan pueden ser jóvenes o mayores, pueden no leer el mismo idioma, o pueden necesitar botones más grandes, sonidos o luces. Diseñar para personas reales y variadas es parte de hacer robótica de manera responsable.

Por ejemplo: Una aspiradora robot se detiene y retrocede al borde de una escalera; Un robot de entregas se detiene cuando alguien se le cruza enfrente; Una persona mantiene la mano cerca del botón de paro durante las pruebas; Un robot doméstico solo graba lo que necesita y avisa antes de hacerlo; Una alerta usa a la vez una luz y un sonido, para que más gente pueda notarla

Robots autónomos en el mundo real

Los robots autónomos ya hacen trabajos de verdad, casi siempre aburridos, sucios o peligrosos, y casi siempre con gente supervisando. Ver ejemplos reales te ayuda a planear tu propia misión: cada uno percibe el mundo, decide con un programa, actúa, y tiene una manera de detenerse con seguridad.

Mientras los lees, fíjate en el patrón de la semana 1: entrada (un sensor), procesamiento (una decisión), salida (una acción), más un alto seguro y una persona que puede intervenir.

Por ejemplo: Los robots de entrega de almacén llevan estantes a los trabajadores y detectan a otros robots para no chocar; Los vehículos exploradores de Marte recorren rutas planeadas por su cuenta, porque las órdenes desde la Tierra tardan minutos en llegar; Los robots agrícolas recorren los surcos para revisar las plantas o arrancar la hierba mala; Los robots de búsqueda y rescate entran a escombros o humo, donde es demasiado peligroso para una persona; Los robots de inspección submarina revisan tuberías, cascos y cables donde un buzo no puede ir con seguridad; Los brazos robóticos de fábrica sueldan y ensamblan la misma pieza con precisión, una y otra vez, detrás de una barrera de seguridad; Las herramientas quirúrgicas robóticas le permiten a quien opera hacer movimientos más firmes y pequeños, y esa persona mantiene el control todo el tiempo

La misión de práctica frente a sus criterios

Ejecuta la misión de práctica guiada desde el mismo punto de partida cada vez. En cada corrida, anota qué pasó y compáralo con los criterios de éxito de tu ficha.

Qué medir: Si se cumplió cada criterio de éxito, y qué cambiar para el proyecto final