En esta publicación de blog, analizaremos por qué la ingeniería eléctrica se ha convertido en una habilidad fundamental en la robótica y cómo los campos de la electrónica, el control y las computadoras contribuyen al desarrollo de los robots.
¿Qué es la ingeniería eléctrica y por qué la necesito para estudiar robótica? Como se mencionó anteriormente, la tecnología fundamental de la robótica proviene de la ingeniería eléctrica. Es difícil pensar en un término más obvio y, a la vez, vago que la electricidad. Para comprenderlo, debemos analizar los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica y su función.
La ingeniería eléctrica es una disciplina que se ocupa del diseño, desarrollo y aplicación de diversas tecnologías que utilizan la electricidad. Estas tecnologías tienen una amplia gama de aplicaciones, desde la vida cotidiana hasta la industria. La electricidad no se limita a la iluminación y la alimentación de dispositivos; la ingeniería eléctrica abarca todo, desde la generación, conversión, transmisión y distribución de energía eléctrica. Por ejemplo, los ingenieros eléctricos diseñan redes eléctricas para suministrar electricidad de forma fiable desde las centrales eléctricas a hogares e instalaciones industriales, y desarrollan sistemas de gestión energética para garantizar un uso eficiente de la energía. También desempeñan un papel importante en el desarrollo de tecnologías modernas como los vehículos eléctricos, los sistemas de energía renovable y las redes inteligentes.
Las raíces del Departamento de Ingeniería Eléctrica se remontan al nombre del curso obligatorio de la carrera, el Cuarto Seminario, que se exige a todos los estudiantes actuales de ingeniería eléctrica. No es un seminario eléctrico, pero ¿qué significa? Las cuatro materias son electricidad, electrónica, control y computadoras. Estos cuatro departamentos existían antes de que se creara el actual Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la Universidad Nacional de Seúl, y se fusionaron para formar el departamento actual.
En pocas palabras, la electricidad es un campo que diseña y remodela los sistemas de energía en las plantas de energía como los conocemos habitualmente, o convierte de manera eficiente la energía eléctrica en energía cinética a través de dispositivos, es decir, diseña motores y optimiza los dispositivos relacionados. Por ejemplo, al diseñar un motor para un vehículo eléctrico, es importante convertir la energía eléctrica en energía cinética de la manera más eficiente posible, teniendo en cuenta la eficiencia energética y la durabilidad. Los detalles son un poco diferentes, pero es fácil pensarlo así.
En el caso de la electrónica, piense en semiconductores, memorias flash, pantallas y teléfonos inteligentes, que se consideran las principales exportaciones de Corea. Si considera a Samsung Electronics como una empresa representativa, es fácil comprender lo que vende y lo que hace. Este campo difumina las fronteras entre la ingeniería eléctrica y la electrónica, y la electrónica desempeña un papel fundamental en la robótica. La electrónica, como los sensores de un robot, es esencial para que este reconozca e interactúe con su entorno externo.
Piense en las computadoras como todo lo que sabe acerca de la computadora que está usando en este momento. Se divide en dos partes: hardware y software. En robótica, el hardware y el software de la computadora son particularmente importantes, ya que son esenciales para controlar y aprender el comportamiento del robot a través de la unidad central de procesamiento (CPU), que actúa como el cerebro del robot, y los algoritmos de inteligencia artificial.
Por último, está el campo del control, que es la clave de los robots que todos admirábamos de niños. Este campo tiene como objetivo hacer que las máquinas imiten y comprendan la percepción y el comportamiento humanos de manera que puedan responder adecuadamente a las acciones humanas. Un robot es un sistema de control, no algo más. Un ejemplo sencillo de un sistema de control es una pantalla táctil, que ya está disponible comercialmente y es utilizada por todos. Cuando un humano presiona una determinada parte de la pantalla con su mano, se muestra la respuesta.
En un ejemplo aún más sencillo, un sensor que enciende la luz del baño, o incluso un simple interruptor que enciende las luces de una habitación, puede ser en realidad un robot. Se vuelve más sofisticado cuando comprende mejor el comportamiento humano y responde en consecuencia, pero siempre que responda a los humanos con un simple interruptor, es un robot o un sistema de control.
La ingeniería de control también se puede dividir en dos campos principales. Uno es el campo de la ingeniería de control y la teoría de sistemas. Por ejemplo, si creo un grupo de peces robóticos y quiero teorizar cómo pueden manejarse en un río, puedo hacerlo modelando matemáticamente el espacio de un río real y prediciendo cómo deberían comportarse en diferentes casos, dependiendo de variables como el caudal y la dirección del río, o el movimiento de otros peces. Es un campo que estudia diversos casos de esta manera. Estudia principalmente el control de redes de comunicación, el control de robots, el modelado y control de sistemas biológicos, el control de guía y sistemas de navegación, etc.
El segundo campo es el de la inteligencia y la robótica, que tiene como objetivo desarrollar la capacidad de los robots para reconocer objetos con los cinco sentidos de un humano, la capacidad más necesaria para que los robots se comuniquen con los humanos. Cuando jugamos al fútbol, por ejemplo, vemos un espacio con un balón y una portería y, aunque parezca bidimensional, podemos imaginarnos un espacio tridimensional en nuestra mente. Pueden percibir diferencias de color, diferencias de contraste y muchas otras diferencias entre el balón y el suelo del estadio para estimar el tamaño o la distancia del balón y, si se les da tiempo para practicar, pueden convertirse en mejores tiradores.
Los robots pueden incluso ver el mundo a través de una cámara, igual que nosotros. Pero cuando se les pregunta cómo saben que el balón y la portería están ahí, o cómo mueven instantáneamente sus piernas en ese ángulo para golpear el balón con tanta fuerza, o cómo aprendieron a patear el balón, se quedan sin palabras. Es demasiado instantáneo. El objetivo de la investigación en robótica inteligente es analizar los procesos cognitivos humanos para representarlos en forma de algoritmos informáticos, de modo que puedan aplicarse a los robots.
De hecho, además de esta ingeniería de control, la acústica sofisticada, el procesamiento de imágenes y los controles mecánicos que se han estudiado durante siglos, como los giroscopios simples pero esenciales utilizados en los aviones de combate, son esenciales para la mejora de los robots. Las tecnologías más avanzadas, como los sensores LiDAR, que están en el corazón de los vehículos autónomos, actúan como los ojos y los oídos del robot y contribuyen a aumentar la autonomía del robot en entornos más complejos y diversos.
Además, existen otras áreas de aplicación, como la mejora de la eficiencia de semiconductores y dispositivos en los circuitos directos de los robots o las baterías que los alimentan, y el desarrollo de materiales cerámicos para el esqueleto del robot o para las sensaciones táctiles que proporciona. Por ejemplo, se están investigando materiales autorreparables en la carcasa exterior del robot para aumentar su durabilidad, autorreparándose en caso de daños. Estas tecnologías son cruciales para garantizar que los robots puedan operar de forma fiable en entornos humanos durante largos periodos.
La robótica es un campo que requiere la investigación combinada de prácticamente todas las ramas de la ingeniería para crear robots que puedan vivir junto a los humanos. Si bien el desarrollo de la robótica puede parecer vago en el contexto de los robots con forma humana, es importante señalar que el reconocimiento de voz en los teléfonos inteligentes, la medición y predicción del tráfico en las carreteras mediante CCTV y la predicción de los movimientos humanos para orientar la colocación adecuada de los guías en aeropuertos y otros lugares concurridos son todas extensiones de la tecnología robótica. La robótica se define en términos generales como la ingeniería de máquinas para comunicarse con humanos.
En el futuro, la robótica requerirá investigación no solo en ingeniería eléctrica y mecánica, sino también en otras disciplinas de ingeniería y, de ser necesario, en neurociencia y psicología. Esta investigación interdisciplinaria allanará el camino para que los robots comprendan mejor las emociones e intenciones humanas e interactúen con ellos de forma natural. Esta investigación interdisciplinaria es esencial para que los robots se humanicen más en nuestra vida diaria.
