Los sistemas de teleoperación permiten manipular objetos ubicados en ambientes distantes, que además pueden ser utilizados para ejecutar tareas complejas o peligrosas para los humanos. Entre las aplicaciones más comunes de los sistemas de teleoperación de robots se pueden encontrar: telecirugías, navegación y recolección de muestras en Marte, rescate de navíos hundidos, exploración en aguas profundas, rescate de personas en catástrofes y, últimamente, vigilancia usando aviones y helicópteros no tripulados.
Desde tiempos remotos, el hombre ha venido utilizando distintas herramientas para poder aumentar el alcance de su capacidad de manipulación. En un principio, no se trataba más que de palos utilizados para hacer caer la fruta madura de un árbol. En la actualidad existen dispositivos más complejos, como por ejemplo pértigas que, accionando un enganche o pinza a distancia, permiten alcanzar objetos que se encuentran en estanterías o lugares de almacenamiento de difícil acceso. El uso de otro tipo de herramientas, como las pinzas de un herrero, ha sido frecuente desde hace mucho para transportar o manipular piezas candentes o peligrosas, como puede ser el caso de los materiales radiactivos.
Estos desarrollos desembocaron finalmente en lo que se conoce como sistemas de teleoperación maestro-discípulo, que básicamente se compone de tres elementos: un robot maestro con el que el operador humano interactúa; un robot discípulo cuyo objetivo es ejecutar las órdenes del maestro; y un canal de comunicaciones que interconecta ambos robots. El primer sistema con estas características fue desarrollado para manipular materiales radioactivos en los Laboratorios Nacionales de Argonne, a las afueras de Chicago.
La investigación científica a nivel internacional en el área de la teleoperación tiene diversos objetivos, los más importantes son la creación de nuevos dispositivos robotizados y el control de los mismos. En el área de control los principales problemas a resolver son la estabilidad y la transparencia. En un sistema de teleoperación estable el robot discípulo reproduce de manera análoga los movimientos del maestro, así mismo, el maestro proporciona al operador humano la fuerza con la que el discípulo interactúa con el ambiente remoto. El grado de transparencia del sistema es proporcional a la reproducción fidedigna de la velocidad y fuerza en ambos robots; esto es, el sistema será completamente transparente si ambos robots se mueven igual y la fuerza que el humano siente es la misma que la que se genera en la interacción del discípulo con el ambiente remoto.
Las comunicaciones entre los sitios local y remoto imponen retardos temporales en la transmisión de la información. Dichos retardos repercuten negativamente en la estabilidad y la transparencia de los sistemas de teleoperación. El problema de los retardos en las comunicaciones ha sido el obstáculo más prominente a resolver por la comunidad científica internacional en el área, hasta que en 1989, investigadores de la Universidad de Illinois, dieron a conocer el primer sistema de teleoperación estable a pesar de retardos constantes en las comunicaciones. Sus ideas, basadas en la pasividad de las líneas de transmisión, han sentado las bases del control de dichos sistemas, tal es el caso que son usadas en la actualidad por investigadores de diversas instituciones, MIT, Stanford, Cambridge, NASA, etcétera. Sin embargo, si los retardos dejan de ser constantes y se convierten en variables, entonces su propuesta no puede mantener la estabilidad.
Recientemente, un grupo de investigadores del Instituto de Organización y Control de Sistemas Industriales (IOC) de Barcelona, España, en cooperación con el Laboratorio de Señales y Sistemas (LSS) de París, Francia, desarrollaron unas estrategias de control capaces de proveer estabilidad y transparencia ante retardos variables. Su idea no sigue la de las líneas de transmisión, en su lugar se utilizan controladores basados en la analogía de interconexión de ambos robots con resortes y amortiguadores. Su trabajo se ha presentado en diversos congresos internacionales y ha sido publicado en la revista insignia de investigación científica en el área de robótica.
Nuestra comunidad universitaria a través del Instituto de Robótica y Sistemas Inteligentes del CUCEI, tiene un vínculo de cooperación con el Laboratorio de Robótica del IOC, y actualmente se trabaja en la creación de un sistema en cual un investigador en Guadalajara, pueda manipular objetos y realizar tareas en la ciudad de Barcelona. El objetivo principal es que el investigador en Guadalajara pueda “sentir” las interacciones del robot con diversos objetos y obstáculos en la capital de Cataluña.
El canal de comunicaciones por el que se transmite la información es internet, y el funcionamiento es sencillo, cuando el investigador en el CUCEI mueve el robot maestro, las ordenes se envían por Internet al IOC y allá el robot discípulo se mueve acorde con dichas ordenes, al mismo tiempo el robot discípulo envía información táctil al maestro para que el investigador en el CUCEI pueda “sentir” lo que pasa en el IOC.
Se espera que con estas investigaciones se desarrollen los futuros sistemas de telecirugías en las que un cirujano en Barcelona pueda operar a distancia en Guadalajara, o viceversa. Esperemos entonces que este sea el comienzo de una fructífera cooperación entre ambas instituciones y que la sociedad jalisciense se vea beneficiada de ella.
