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El valle inquietante de la robótica

Cada vez que visito algún centro comercial, veo más expositores de pequeños robots. Son pequeños drones, o robots sociales que imitan a alguna mascota, o algún pequeño dispositivo para aprender a programar. No tengo claro si estarán teniendo mucho éxito o no. La mayoría de estos productos están dirigidos al público infantil, y son un sector particularmente exigente.

Veamos un ejemplo que está teniendo mucho éxito. Se trata de Cozmo:



Este robot en funcionamiento se puede ver en este vídeo. A mí me parece algo alucinante por el tipo de tecnología que tiene, lo bien logrado que está y el precio asequible al que se puede conseguir.  Aquí tenéis más juguetes tecnológicos "con carita graciosa".

De cara a la futura e inevitable masificación de robots en nuestras vidas hay que tener muy en cuenta estos aspectos. Los robots tienen que parecer que son amables con nostros. Por ejemplo, es muy importante para un robot de asistencia geriátrico que muestre empatía. De lo contrario, el paciente muy probablemente lo rechazará. En palabras de la psicóloga cognitiva Helena Matute, las máquinas están domesticando a los humanos.

Aunque no seamos muy conscientes, la caracterización de la vida artificial se ha empleado desde hace mucho tiempo buscando distintos efectos. Es decir, a ninguno de nosotros nos daban miedo los célebres guiñoles de Canal+, pero sí que nos daba miedo los muñecos diabólicos de las películas. A la delgada línea que divide la buena y confiada relación entre máquinas y humanos, y la repulsa por miedo se le denomina uncanny valley, o valle inquietante. La idea fue por primera vez impulsada por el investigador japonés Masahiro Mori en 1970, y su tesis se basa en la anti-intuitiva relación de qué consideran los humanos más semejante a ellos. Se puede resumir en el siguiente gráfico:



En mi opinión, una de las características más importantes para la interacción humano-máquina no sea la estética, sino la velocidad de movimientos, la cual será distinta según el contexto. No sería lo mismo el efecto de un robot infantil, como Wall-E, o en un robot geriátrico o industrial. Y será imprescindible tener en cuenta estos factores para que las distintas soluciones tecnológicas entre nosotros se integren correctamente en distintos ámbitos: juguetes, educación, geriatría, sanidad, servicios, etc.

Otro de los robots sociales más exitosos desde hace un tiempo es NAO.



Todavía se está estudiando el por qué del valle inquietante, y los últimos estudios apuntan a la descoordinación entre el comportamiento del robot y su apariencia.




Mas información en los siguientes enlaces: 1, 2, 3 y 4

Controlador PID: tecnología de hace décadas para máquinas de última generación

No es poca la admiración que profeso hacia el protagonista de hoy, el controlador PID, que tanto he llegado a manejar a lo largo de mi formación reciente. Este tipo de controlador es uno de los más abundantes en la industria actual, pero tiene su origen hace más de 100 años. Comenzó a usarse en máquinas bélicas con el ánimo de tener un control automático sobre la estabilidad y maniobravilidad de las naves marítimas y aéreas. 

Para entender de manera simplificada cómo actúa un controlador PID, pensemos en un ascensor: si decidimos subir desde el primer piso hasta el cuarto, normalmente es este tipo de control el que hace que el ascensor se pare en el cuarto, y que no suba hasta el 5º, luego rebote hasta el 3º, y finalmente se detenga en el 4º. Es decir, controla el motor del ascensor en función de la distancia que queda hasta llegar al destino. Esto se consigue mediante una correcta selección de los valores numéricos del controlador PID. Normalmente el ascensor va midiendo en todo momento la diferencia entre la altura actual y la altura destino; lo que se conoce como sistema de realimentación.

La siguiente imagen extraída de la Wiki muestra el comportamiento del PID con distintos valores.



Uno de los problemas más difíciles que ponen a los estudiantes de ingeniería en ingeniería de control es el del péndulo invertido, que consiste en conseguir que un péndulo rígido con la bolita en su parte superior, permanezca vertical, pero solo actuando horizontalmente sobre un carrito. La siguiente imagen muestra este mecanismo:



Los científicos se enfrentaron a este problema en los 60 y 70, y probablemente a mí también me pareció un problema del ámbito puramente académico en su momento, hasta que se empieza a ver por la calle cosas como estas:



Una prueba del gran avance de la tecnología es que hoy en día cualquiera puede construir un sistema de péndulo invertido o doble péndulo invertido con Arduino o Raspberry por 100€. ¿Sirve de algo? Si lo conseguís, ya lo estaréis haciendo mejor que algunos cohetes espaciales:


En los cohetes, la fase inicial consiste en mantener en una dirección predeterminada un cuerpo esbelto a partir de un empuje en su extremo inferior; algo así como el problema del péndulo.

No sólo eso: también última tecnología como los coches autónomos u otros robots emplean muchos controladores PID que continuamente miden su posición respecto a la posición final a la que quieren llegar. Al contrario de lo que muchas personas puedan pensar, esta técnica de navegación normalmente no emplea inteligencia artificial, no se aprende. El PID es un control determinista: ante "x" situación, haz "y". Lo más difícil en la navegación robótica es obtener la trayectoria a seguir por la máquina, pero una vez logrado, el movimiento con PIDs es una de las técnicas más sencillas, robustas y simples con las que los ingenieros contamos.

Tecnología clásica, pero usado en la vanguardia.



Corrección: El Segway no sigue exactamente el mecanismo de péndulo invertido

La pregunta Naukas 2017: mi respuesta

Desde hace dos años, Naukas lleva a cabo entre los colaboradores de la plataforma una pregunta, con respuesta libre. Ninguno de nosotros conoce las respuestas de los otros. Es muy parecido a lo que popularizó Edge. Aquí tenéis las preguntas de otros años. 

La pregunta de este año fue: 

¿Cuál es el hecho más fascinante del Universo?

Y esta es mi respuesta.


Son indescriptibles las sensaciones que cualquiera de nosotros hemos tenido alguna vez al  contemplar las estrellas, y darnos cuenta de la gota en el océano que somos en el inmenso Universo. Mundos que se asoman a nuestras cúpulas celestes, y sin embargo, tan lejanos.

Uno de las realidades más sorprendentes para mí ha sido la gran capacidad de extrapolación a otros mundos de las leyes universales de la ciencia. Es decir, el ser humano es capaz de imaginar nuevos mundos y plantearse teorías sobre orígenes, funcionamiento o posible vida en los planetas a partir de las leyes que hemos deducido en el nuestro.

Los cuerpos celestes pueden estar a miles de años luz, tener atmósferas distintas, tener una masa planetaria mucho superior a la nuestra… pero se tienen que seguir cumpliendo las leyes de la Química y Física fundamentales, hasta que se demuestre lo contrario. Esa navaja suiza cósmica siempre me ha parecido una gran herramienta y un hecho sorprendente para poder imaginarnos y descubrir nuevas realidades, tan solo observando unos pocos datos desde nuestros telescopios o satélites.




Sí, Sr. Rajoy: la inteligencia artificial ha batido al humano en el póker

Hace menos de un año que el presidente del Gobierno en España hablaba de inteligencia artificial en un encuentro con mujeres. El vídeo se ha hecho famoso con las explicaciones de Rajoy de por qué tenemos que seguir construyendo máquinas, y que yo usé en mi última charla Naukas. Sin embargo, en esta ocasión lo vuelvo a traer para hablar de la predicción sobre el póker que hace Rajoy en el minuto 0:28.




Y casualidades de la vida, esta predicción la semana pasada ha demostrado ser falsa, y la inteligencia artificial ha ganado al póker. De hecho, no es la primera vez que una máquina gana a este juego, pero en esta ocasión lo ha hecho de manera significativa, ganando un 99,7% de las veces en un torneo profesional. 

Es posible que el Sr. Rajoy estuviere incurriendo en uno de los mitos sobre la inteligencia artificial, que es sobre lo que quiero hablar en el post. Voy a contar los dos primeros mitos, los cuales son los que están relacionados con la hazaña del póker:


Mito1: Nunca crearemos una inteligencia artificial parecida a la del humano

Falso. Tal y como dice el artículo, la IA ya ha adelantado al ser humano en muchas facetas, al igual que la tecnología ha superado en muchas otras, como en volar, resistencia, duración, etc.

Ahora mismo la máquina nos sustituye en varias actividades relativas simples y repetitivas para el ser humano, pero es cuestión de tiempo (bastante, en mi opinión) que nos alcance en el resto de capacidades de pensamiento.

El ajedrez, el juego Go, el póker,... son juegos con reglas, están acotados. Ahora mismo la mayor parte de la inteligencia artificial se compone de un montón de reglas condicionales ejecutados de una manera ordenada y ponderada. Por lo tanto, una máquina gracias a su mayor potencia computacional puede superar a cualquier pesona. Ampliar esas cotas y eliminar restricciones es cuestión de tiempo. 


Mito 2: la inteligencia artificial será consciente

¿Para qué? No es necesario tener consciencia para llegar a una inteligencia de tipo humana. Las máquinas usan sensores (externos e internos) como inputs de sus algoritmos, y puede que llegue a un super-nivel de inteligencia, pero que no sean conscientes de sí mismas. Según los investigadores, son cosas que no tienen por qué ir juntas al referirse a la inteligencia artificial. Además, carecemos de una teoría científica de la conciencia ahora mismo.


Aquí hay algunas predicciones sobre IA para el 2017. Esta tecnología cada vez va a tener más impacto y presencia. A ver si este artículo llega a alguien del equipo de gobierno.


En Naukas: hacia el vehículo aéreo personal

Os dejo mi última entrada en Naukas. Este año a ver si mi carga de trabajo desciende y logro publicar más en esa plataforma y por aquí. 



Cuando a una persona le explicas que algún día podría llegar a usar vehículo aéreo como hoy en día usa el coche o la moto, se le suele iluminar la mirada. La idea resulta atractiva. Si la cultura motera defiende la libertad que proporciona una Harley-Davidson, imaginaos qué puede transmitir un Vehículo Aéreo Personal (PAV, en adelante).

Fue en 2003 cuando se sentaron las bases técnicas que definen un PAV tal y como se entiende hoy en día. Concretamente, la NASA lo define como:
  • Menos de 5 asientos.
  • Velocidad de crucero de 240–320 km/h.
  • Silencioso.
  • Cómodo.
  • Seguro.
  • Cualquier persona con una licencia de vuelo lo podrá pilotar.
  • Asequible, al igual que un viaje en coche o en avión (según distancia).
  • Apto para cualquier condición meteorológica.
  • Energéticamente eficiente.
  • Una autonomía de 1.300km
  • Capaz de aterrizar próximo al punto de destino, para lo cual se hace imprescindible la creación de pequeños aeropuertos comunitarios.
Yo añadiría “vuelo autónomo” a esta lista.

Para emocionarnos aún más, AirBus y Uber empiezan a proponer ideas como su aerotaxi, la Comisión Europea financia un proyecto para investigar en este ámbito, o la NASA propone el modelo Puffin (vídeo a continuación).


Habrá alguno que piense que el diseño de un PAV es muy fácil: basta con hacer los célebres “drones” o UAVs en escala mayor; además, son aparatos que semanalmente nos dejan noticias sobre sus avances en tecnología. ¿Cómo a nadie se le ha ocurrido industrializar uno capaz de transportar a una persona, como mínimo? Vayamos por partes:

Para empezar, un multicóptero (puede tener distinto número de brazos, pero me centraré en el de cuatro) no es nada eficiente energéticamente. Un helicóptero lo es mucho más. En el cuadricóptero los motores tienden a tener grandes cambios de velocidad de rotación para lograr la estabilidad, y eso penaliza mucho el consumo energético de las baterías.

La razón principal para esos cambios bruscos en el régimen de los rotores es debido a la inestabilidad propia de todos los multicópteros, que obliga a corregir el manejo de estos UAVs continuamente con el mando o con un sistema de vuelo autónomo.

La fórmula de la energía cinética dice que 0.5mv2 e implica que cuesta cuatro veces más de energía mover el aire al doble de velocidad, que mover el doble de masa de aire a la misma velocidad. Es decir, a mayor diámetro de hélices, el aparato sería más eficiente. Pero por otro lado, se pierde mucha estabilidad (¿entendéis ahora por qué esta universidad ganó el reto Sikorsky?)

Por último, un PAV multicóptero tendría un gran problema de seguridad. Los fallos de rotor podrían desembocar en serios accidentes a no ser que se implementen sistemas fail-safe que permitan aterrizar suavemente el “vehículo” ante la pérdida de un motor.

La empresa E-Volo lo sigue intentando, y hace prototipos y conceptos de vehículos que se asemejan a un multicóptero+helicóptero. Sin embargo, se queda en eso, prototipos y conceptos.

Pero llegados a este punto, cabe preguntarse por qué los cuadricópteros tienen tanto éxito como modelo de drone si tiene tantas pegas. Es muy fácil: por su simplicidad. Construir un cuadro de cuatro brazos con un motor en cada punta y que ese aparato vuele, es muy sencillo. No hay que preocuparse apenas por el diseño, ni por los materiales para lograr que levante el vuelo. De hecho, se ven tutoriales de diseños de drones unidos con celo y un par de listones de madera.




En resumidas cuentas, tiene mala pinta de que un posible modelo de PAV sea un cuadricóptero “más grande”. Siempre nos quedará el gadgetocóptero.



 
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