Biónica

Es de acuerdo a una definición dada en 1960 por Jack Steele, de la U.S. Air Force, el análisis del funcionamiento real de los sistemas vivos y, una vez descubiertos sus secretos, materializarlos en los aparatos.

Esta definición nos podría indicar que el primer ingeniero biónico fue Leonardo Da Vinci, quien estudió los principios de funcionamiento de los seres vivos para aplicarlos en el diseño de máquinas. 

Etimológicamente, la palabra viene del griego "bios"; que significa vida y el sufijo "´-ico" que significa "relativo a".

La biónica es el estudio de los sistemas biológicos para crear modelos análogos y emplearlos en la solución de problemas ambientales.

Dado que las prótesis se utilizan para sustituir la extremidad perdida de una persona, los principios de funcionamiento que se deben estudiar para reproducirlos son precisamente los que tiene dicha extremidad, por lo que el diseño de prótesis es inherentemente una actividad de la ingeniería biónica.

Desarrollo de la biónica

La Biónica ha tenido un gran desarrollo en países como Alemania que cuenta con cursos titulados, Japón que tiene un gran desarrollo en Biorrobots y Estados Unidos e Inglaterra.

En Latinoamérica y España se cuenta también con desarrollos de este tipo. En México se fundó la carrera de Ingeniería Biónica en la UPIITA (Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Tecnologías Avanzadas) del IPN (Instituto Politécnico Nacional) en 1996 la cual a rendido frutos en la creación de artefactos Biónicos. Posteriormente, dado el éxito obtenido en el IPN, la UPAEP (Universidad Autónoma del Estado de Puebla) también implantó esta licenciatura unos años después.

Se han realizado avances de sustitución de órganos en donde lo que se está buscando es la conexión del sistema nervioso central con el sistema músculo-esquelético, esto con el fin de optimizar esa comunicación entre un órgano del cuerpo humano con materiales que no son biológicos. Para este fin se están desarrollando sistemas expertos y redes neuronales.

• Nervio biónico para reparar extremidades y órganos dañados

  (NC&T) En el estudio, el Dr. Paul Kingham y su equipo del Centro para la Regeneración de Tejidos del Reino Unido (UKCTR, por sus siglas en inglés) aislaron células madre del tejido adiposo de animales adultos y las diferenciaron en células nerviosas para su uso en la reparación y regeneración de nervios dañados. Ahora están en la fase inicial de un ensayo dedicado a extraer células madre del tejido adiposo de pacientes voluntarios adultos para comparar en el laboratorio las células madre humanas y las animales. A continuación desarrollarán un nervio artificial construido de un polímero biodegradable para trasplantar las células madre diferenciadas. El biomaterial se enrollará en una estructura con forma de tubo y se insertará entre los dos extremos del nervio cortado, para que las fibras nerviosas que se regeneren puedan pasar de un extremo al otro. Este nervio "biónico" también podría emplearse en personas que hayan sufrido lesiones graves en sus miembros u órganos, pacientes de cáncer cuya cirugía del tumor haya afectado a un tronco nervioso cercano, y a las personas que hayan recibido trasplantes de órganos. Los investigadores esperan que, si todo va bien, el tratamiento esté listo para ser utilizado dentro de cuatro o cinco años. Las células madre diferenciadas tienen un gran potencial para futuros usos clínicos, inicialmente para el tratamiento de pacientes con lesiones graves de los nervios en brazos y piernas. La frecuencia anual de las lesiones en nervios suele ser de una por cada mil habitantes en el Reino Unido y otros países. El método actual de reparación, en el cual el paciente dona su propio injerto nervioso para unir en el sitio de la lesión los extremos del nervio dañado, está lejos de ser óptimo debido a su pobre resultado funcional, los daños extra derivados de la extracción, y la posibilidad de formación de cicatrices y tumores en el punto de la donación. 

Pierna biónica

         








Ojo biónico

Robótica

La robótica es la rama de la tecnología que se dedica al diseño, construcción, operación, disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots. La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la física.

Historia

Proviene de la palabra checa robota que significa “trabajo forzado”. Fue aplicada por primera vez a las máquinas en los años 1920.

El término "Robótica" fue acuñado por Isaac Asimov para describir la tecnología de los robots.Asimismo creó  las Tres Leyes de la Robótica, que establecen lo siguiente:

1. Un robot no puede hacer daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño.
2. Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en conflicto con la Primera Ley.
3. Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley.

En 1921 aparece el primer autómata de ficción llamado "robot", aparece en R.U.R (Rossum's Universal Robots) inventado por Karel Čapek.

En 1956 se forma el primer robot comercial, de la compañía Unimation fundada por George Devol y Joseph Engelberger, basada en una patente de Devol. En 1961 se instala el primer robot industrial inventado por George Devol. En el año de 1975 aparece un brazo manipulador programable universal, un producto de Unimation nombrado PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly, or Programmable Universal Manipulation Arm) del inventor Víctor Scheinman y en el año 2000 aparece el Robot Humanoide capaz de desplazarse de forma bípeda e interactuar con las personas llamado ASIMO ("Advanced Step in Innovative Mobility"- "Paso Avanzado en Movilidad Innovadora") inventado por Honda Motor Co. Ltd

Clasificación de los robots

Por su cronología:

1ª Generación.

Manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.

2ª Generación.

Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano. El modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico. 

3ª Generación.

Robots con control sensorizado. El controlador es una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios.

4ª Generación.

Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero además poseen sensores que envían información a la computadora de control sobre el estado del proceso. 

Por su arquitectura:

 Androides

Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemática del ser humano. Actualmente, los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación.        

Poliarticulados

En este grupo se encuentran los Robots de muy diversa forma y configuración, cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo.

Móviles

Son Robots con gran capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. 

Zoomórficos

Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos.Se agrupan los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores.

Médicos

Los robots médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de mando. Con ellos se logra igualar con precisión los movimientos y funciones de los órganos o extremidades que suplen.

Sistema Robótico

Los robots tienen las siguientes unidades funcionales principales:

• Estructura mecánica
• Transmisiones
• Actuadores
• Sensores
• Controlador
• Alimentación

Estructura mecánica

La constitución física de la mayor parte de los robots tiene cierta similitud con la anatomía de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan términos como cintura, hombro, brazo, codo, muñeca, etc.

Los elementos que forman parte de la totalidad del robot son:

• manipulador
• controlador
• dispositivos de entrada y salida de datos

Manipulador: Mecánicamente, es el componente principal. Está formado por una serie de elementos estructurales sólidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. 

Controlador: es el que regula cada uno de los movimientos del manipulador, las acciones, cálculos y procesado de la información. El controlador recibe y envía señales a otras máquinas-herramientas  y almacena programas.

Dispositivos de entrada y salida: Los más comunes son: teclado, monitor y caja de comandos.El controlador envía señales a los motores de cada uno de los ejes del robot y la caja de comandos (teach pendant) la cual sirve para enseñarle las posiciones al manipulador del robot.

La función del controlador es gobernar el trabajo de los actuadores (los dispositivos que originan el movimiento) y las transmisiones (modificadores del movimiento). La alimentación proporciona la energía necesaria para todo el sistema. Los robots de segunda generación incorporan sensores que reciben la señal de realimentación procedente de los actuadores pasando la información al controlador, que debe calcular la corrección del error.

Aplicación

En la actualidad los robots se usan de manera extensa en la industria, siendo un elemento indispensable en una gran parte de los procesos de manufactura. Impulsados principalmente por el sector del automóvil, los robots han dejado de ser máquinas misteriosas propias de la ciencia-ficción para ser un elemento mas de muchos de los talleres y líneas de producción.

Muchas grandes empresas, como Intel, Sony, General Motors, Dell, han implementado en sus líneas de producción unidades robóticas para desempeñar tareas que por lo general hubiesen desempeñado trabajadores de carne y hueso en épocas anteriores.

Esto ha causado una agilización en los procesos realizados, así como un mayor ahorro de recursos, al disponer de máquinas que pueden desempeñar las funciones de cierta cantidad de empleados a un costo relativamente menor y con un grado mayor de eficiencia, mejorando notablemente el rendimiento general y las ganancias de la empresa, así como la calidad de los productos ofrecidos.

• NAO, un francés en la robótica mexicana

25 Octubre, 2011 - 18:52

Credito:

Julio Sánchez Onofre / El Economista

NAO, de Aldebaran Robotics. Foto EE: Mario Hernández

NAO mide poco más de medio metro y pesa seis kilogramos. Llegó a México para cumplir un objetivo: impulsar el desarrollo de la robótica en las universidades e instituciones de investigación.
Se trata de un robot humanoide —tiene cabeza, torso, brazos, manos con dedos, piernas y pies— que habla y escucha 23 idiomas. NAO es capaz de interactuar con las personas, bailar y hasta jugar futbol. Su desarrollo está a cargo de la firma francesa Aldebaran Robotics.
En entrevista con El Economista, Juan Carlos Cedillo, director comercial de GRE, dijo que en el país existen 20 de estos robots en instituciones como el Tecnológico de Monterrey, la UNAM y el ITAM, entre otras dedicadas a la investigación y el desarrollo tecnológico. GRE es la empresa que distribuye el NAO y representa a sus productores en México, Aldebaran Robotics.
Este robot maneja una plataforma de código abierto llamado NAOqi con el que sus movimientos pueden ser programados y, a través del editor Choregraphe, es posible crear secuencias de comportamiento que son “aprendidas” por el robot.
En NAO se pueden utilizar los lenguajes de programación Python, URBi Script, o el kit de desarrollo propio de Aldebaran a través de lenguaje C++.

NAO está destinado a las instituciones de desarrollo como universidades u hospitales. A través del software, es posible desarrollar y aprender a programar robótica. Lo que aprendas a programar en NAO, puedes aplicarlo con cualquier robot del mercado”, explicó Cedillo.

El primer prototipo de NAO data del 2005 y es creación de Bruno Maisonnier, quien lleva más de 25 años en investigaciones de robótica y es fundador de Aldebaran Robotics en Francia.
Para su desarrollo se han invertido alrededor de 577 millones de dólares (415 millones de euros). Tan sólo este año se han destinado alrededor de 13 millones de dólares, incluidos fondos de empresas como Intel.

UN “PAMBOLERO” AUXILIAR EN AUTISMO
Gracias a sus sensores, cámaras, sonares y capacidad de equilibrio, diversas instituciones han participado con NAO en los torneos de RoboCup Soccer, una competencia mundial de futbol con robots autónomos. Desde el 2008, el ITAM usa los prototipos de NAO en las competencias y en el 2012 será celebrado en México.
Juan Carlos Cedillo resaltó que estas competencias impulsan el desarrollo de la programación en robótica con casos como el de la Universidad de Bremen, Alemania, triunfadora en los torneos, que comparte su código después de ganar.
Pero también ha sido utilizado con fines médicos. En la Universidad de Notre Dame, en Estados Unidos, está siendo utilizado por el área de desarrollo para apoyar a niños con autismo.
Mediante un juego de reconocimiento, el robot “simula” un deporte que el niño puede identificar y NAO reconoce si es correcta la respuesta.

Al niño que tiene autismo le llama la tecnología, el robot que tiene una apariencia bastante agradable le llama mucho la atención”, explicó.

Por lo pronto, agregó Cedillo, se encuentran en pláticas con el Teletón para que el próximo año puedan incorporar a NAO en el tratamiento de este trastorno.