Introducción a la robótica para niños: un poquito de historia y conceptos básicos

Hace casi 15 años que me dedico a la enseñanza de robótica para niños y adolescentes (desde los 3 a los 18 años) e incluso durante varios años en la universidad. Y me sigue sorprendiendo que sean muchos los padres, madres y educadores/as a los que he oído en el decurso de todos estos años preguntarse o preguntarme acerca de la importancia o la necesidad de enseñar robótica a los peques de la casa. Llegados a esta pregunta suelo recordarles un detalle:

Cuando mis padres nacieron, estaba naciendo el primer ordenador para su uso comercial. Al ir al colegio ellos, igual había algo menos de media docena en toda la península. Hoy en día es bastante habitual que la mayoría de la sociedad tenga o bien uno en casa, o que trabaje usando alguno, o que tenga uno en el bolsillo (los teléfonos smartphones no dejan de ser un ordenador de pequeño tamaño) o, también, muy a menudo, que cumplan las 3 condiciones. Los ordenadores han pasado en 70 años de ser un objeto de investigación a ser un elemento tan cotidiano que ni siquiera somos conscientes de que nos rodea. Los usamos en un cajero automático, para comprar entradas para el cine o pagar en un parking.

¿POR QUÉ ES IMPORTANTE LA ROBÓTICA PARA NIÑOS?

Los robots ya están presentes en muchos entornos industriales, en dispensadores de medicamentos en farmacias, gestores de tiempos de semáforo para el control automático del tráfico, para cortar el césped o como apoyo a la limpieza del hogar, por poner algunos ejemplos que nos rodean. En el futuro, los robots formarán parte de nuestra vida cotidiana de una manera integral y, lógicamente, más intensamente de la vida de los niños.

Bajo mi punto de vista es vital que sepan entenderlos. Y, aunque soy un apasionado del mundo técnico y me encantan, con esto no pretendo decir que todos deban estudiar robótica profundamente. No todo el mundo debe ser un profesional del mundo tecnológico. Pero igual que no todo el mundo debe dedicarse a la programación y creación de sistemas para la interconexión de dispositivos remotos con una base de datos adaptativa organizada mediante perfiles de usuarios… Sí resulta conveniente que todos sepamos manejar las redes sociales y conozcamos sus potencialidades al igual que también sus riesgos y vulnerabilidades a qué nos exponemos.

En este sentido, pretendo inaugurar una sección orientada específicamente a la divulgación de los aspectos básicos de la robótica así como exponer una pequeña guía de materiales, libros, plataformas, robots comerciales y ejercicios para orientar los primeros pasos de aquellos padres, madres y educadores/as que tengan curiosidad para con esta disciplina y que a menudo reclaman que alguien les abra la puerta a este mundillo.

Así que si he conseguido picar vuestra curiosidad os animo a seguir leyendo.

¿QUÉ HABRÁ EN ESTA SECCIÓN?

Pues, como habréis deducido, la idea de esta sección sería empezar una serie de artículos que hablan precisamente de la robótica explicada a los/as peques. Y, ¿de qué hablaremos concretamente?

• Explicar el concepto programación y programas actualmente disponibles en el mercado para fines educativos.
• Robots comercializados para enseñar robótica.
• Actividades y retos a realizar con esos programas y robots.
• Curiosidades acerca del mundo de la robótica.
• Material audiovisual que pueda ayudarnos en la formación en estos conceptos.

Pero, primero, vamos a ver de dónde viene todo esto. Vamos a sus orígenes.

UN POQUITO DE HISTORIA: LOS ORÍGENES DE LA ROBÓTICA

La robótica, al igual que muchos otros avances tecnológicos a lo largo de la historia, tiene su origen conceptual en la literatura (generalmente en el género de la ciencia ficción) y, en este acaso, además, lo hace de la pluma de dos, en mi opinión, brillantes autores y grandes soñadores: Karel Čapek e Isaac Asimov.

Antes de seguir con el artículo debo hacer un pequeño apunte, porque para ser completamente sinceros, en ambos casos existe una pareja controversia, ya que tanto uno como el otro han manifestado que es de otras personas de su entorno el mérito que les atribuyen en la creación del concepto particular correspondiente. En el caso de Kâpek este lo atribuye a su hermano Josef (con quién escribió otro de sus grandes éxitos La guerra de las salamandras) y Asimov se lo atribuye a su editor John W. Campbell. Sin embargo ambos homenajeados dicen que nones, que no tuvieron nada que ver y que la creación corresponde a sendos conocidos autores.

Esta anécdota, que admito se aleja bastante del motivo del artículo, ilustra unas ciertas similitudes que hubo en la vida de ambos autores y que daría para un artículo centrado en las interesantes vidas de estos dos autores así como los círculos de mentes brillantes con las que se relacionaron. Probablemente los cuatro tuvieron algo que ver en el proceso creativo de cada uno de los conceptos. Ojalá hubiésemos podido participar de esas conversaciones…

KAREL ČAPEK Y EL ORIGEN DE LA PALABRA «ROBOT»

Karel Čapek está considerado el autor de la palabra robot al introducirla en 1920 en su obra de teatro R.U.R. (Rossum’s Universal Robots), en el título en versión inglesa, que se estrenó el 25 de enero en el Teatro Nacional de Praga. Etimológicamente, la palabra robot deriva de la palabra robota que significa una mezcla entre labor forzada, servidumbre y esclavo. Este término, al parecer, fue ampliamente usado en el imperio austro-húngaro hasta mitades del sigo XIX. La palabra robot se utiliza en la obra de teatro para designar a unas máquinas trabajadoras y serviles, carentes de alma pero con forma humanoide. Y no digo más porque no procede en el post y porque no quiero chafarle a nadie la lectura de esta impresionante obra de teatro.

A modo de curiosidad, el 26 de noviembre de 2015 se interpretó dicha obra de teatro en la Galería de la Biblioteca Técnica Nacional de Praga una versión de la obra en la que robots Lego Mindstorm interpretaban el papel de los robots. Dejo un enlace a un pequeño reportaje para los curiosos:

ISAAC ASIMOV Y LAS LEYES DE LA ROBÓTICA

Por su parte, Isaac Asimov está considerado el padre del término robótica, que no era otra cosa que la palabra usada en su obra para describir la tecnología usada para crear a los robots. Isaac Asimov también fue la persona que creó las leyes de la robótica.

Dichas leyes de la robótica son un conjunto de normas que se aplican a los robots de sus novelas y cuentos, que están diseñados para cumplir órdenes. En el universo de su creación, las leyes se consideran «formulaciones matemáticas impresas en los senderos positrónicos del cerebro» de los robots (lo que podría traducirse como un conjunto de líneas de código, es decir un programa o software, que regula el cumplimiento de las leyes guardado en la memoria principal de los robots). Aparecieron por primera vez en el relato Círculo vicioso (Runaround en su título original) publicado en el año 1942 y su texto es el que sigue:

1. Un robot no hará daño a un ser humano o, por inacción, permitirá que un ser humano sufra daño.

2. Un robot debe cumplir las órdenes dadas por los seres humanos, a excepción de aquellas que 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 con la segunda ley.

Para dar una imagen de su capacidad visionaria, el propio Asimov predijo el extraordinario aumento y proliferación de la poderosa industria robótica.

¿QUÉ ES LA ROBÓTICA?

Puede resultar un poco complicado precisar lo que es la robótica en una definición que pueda considerarse universalmente aceptada. Así que, para empezar, tomaré las palabras de otras (bastante más expertas que un servidor) y luego intentaré traducir esas palabras para aquellos que no conozcan estas terminologías que a menudo tienden a ser usadas al hablar de estos conceptos. A modo de tentempié:

• Con independencia respecto a la definición de “robot”:
  “La Robótica es la conexión inteligente de la percepción a la acción” [Michael Brady and Richard Paul, editors. Robotics Research: The First International Symposium. The MIT Press, Cambridge MA, 1984]
• En base a su objetivo:
  “La Robótica consiste en el diseño de sistemas. Actuadores de locomoción, manipuladores, sistemas de control, sensores, fuentes de energía, software de calidad–todos estos subsistemas tienen que ser diseñados para trabajar conjuntamente en la consecución de la tarea del robot” [Joseph L. Jones and Anita M. Flynn. Mobile robots: Inspirations to implementation. A K Peters Ltd, 1993]
• Supeditada a la propia definición del término robot:
  “La Robótica describe todas las tecnologías asociadas con los robots”

Las que siguen son definiciones que han dado algunos de mis alumnos al preguntarles qué era un robot (edades comprendidas entre los 5 y los 32 años):

• Ingenio mecánico controlado electrónicamente, capaz de moverse y ejecutar de forma automática acciones diversas, siguiendo un programa establecido.
• Máquina que en apariencia o comportamiento imita a las personas o a sus acciones como, por ejemplo, en el movimiento de sus extremidades.
• Un robot es una máquina que hace algo automáticamente en respuesta a su entorno.
• Un robot es un puñado de motores controlados por un programa de ordenador.
• Un robot es un ordenador con músculos.

Es cierto, como acabamos de observar, que los robots son difíciles de definir. Sin embargo, no es necesariamente un problema el que no esté todo el mundo de acuerdo sobre su definición. Quizás, Joseph Engelberg (padre de la robótica industrial) lo resumió inmejorablemente cuando dijo: “Puede que no sea capaz de definirlo, pero sé cuándo veo uno”.

Así que vamos a intentar explicarlo un poco más llanamente y detenidamente.

DIFERENCIA ENTRE ORDENADOR Y ROBOT

Las similitudes entre un ordenador y un robot son enormes: ambos suelen compartir componentes, materiales para la fabricación, ambos tienen procesadores y bancos de memoria. Incluso ambos tienen sensores y pueden tener actuadores, los cito para que vayan sonando términos porque nos centraremos en ellos en futuros artículos de la sección.

¿QUÉ SON LOS SENSORES Y LOS ACTUADORES?

Igual que los seres vivos disponen de sentidos, podría realizarse la analogía (a grandes rasgos y no exacta si entramos en detalle) acerca de que los ordenadores y robots también disponen de ellos. Y esa misma funcionalidad es la que tienen los sensores: recabar información del entorno. Pueden ser un sensor de temperatura, un dispositivo para medir el ph de un líquido, un giroscopio que nos indica la inclinación o el sentido y velocidad de un giro (como por ejemplo detectar si hemos girado la pantalla de un teléfono móvil inteligente), etc.

En general, pues, un sensor es un dispositivo que puede estar o bien integrado en el ordenador/robot (se habla de un componente/dispositivo integrado cuando forma parte de propio ordenador/robot) o bien conectado al mismo mediante algún sistema de cableado y que recaba información. Debemos entender que un sensor puede estar conectado a kilómetros de un dispositivo, aunque entonces se considera que está conectado de manera indirecta o a través de otros dispositivos. Cuando eso ocurre se les denomina conexiones en red.

Un actuador sería un dispositivo, bien sea conectado o porque está integrado con el ordenador/robot, que permitiría actuar sobre un determinado objeto. Esto puede ser desde una llave de paso del agua que pueda ser controlada (bien sea a través de un brazo mecánico o porque se le puedan dar ordenes electrónicamente), un control de redes ferroviarias, un brazo mecánico, un servomotor o un semáforo, por poner algunos ejemplos.

¿QUÉ TIENE UN ROBOT QUE NO TENGA UN ORDENADOR? 

Un ordenador es un dispositivo que, a través de un sistema operativo (Windows, IOS o Linux/Unix suelen ser los más conocidos), nos permite ejecutar aplicaciones o programas que realizan funciones. Muchas de estas funciones pueden ser programadas para que se repitan, incluso que se repitan cuando se cumplan determinadas condiciones. Pero siempre dependerán de la interacción con un humano que los programe. Puede parecer que toman decisiones, pero en realidad lo único que hacen es comprobar en una larga lista de posibilidades si se da una condición y actúan según la respuesta establecida previamente.

Un robot, por contra, está dotado del trinomio percepción-decisión-acción. Esto es, puede percibir su propio entorno (a través de sensores) y, en función de esa información, toma una decisión para definir la actuación. Es decir, que no todas las posibilidades están previamente programadas y el robot puede resolver situaciones de manera autónoma. Por poner un ejemplo que lo ilustre, imaginemos el movimiento de una muñeca o muñeco de juguete motorizado: andaría repitiendo los movimientos de manera mecánica y sistemática sin verse alterado por nada de su entorno. Un robot diseñado para caminar dispondría de uno o varios sensores que le informarían del terreno, lo materiales y otros parámetros (depende de lo mucho que se haya invertido o lo caro y/o completo que sea el diseño) para decidir la mejor posición para efectuar el siguiente paso.

Evidentemente, la robótica suele estar muy relacionada con los conceptos del campo de la inteligencia artificial, pero… dejaremos esa parte para otro día.