NUEVAS APLICACIONES ROBOTS SERVICIOS.pdf

Nuevas aplicaciones de la robótica. Robots de
servicio
Antonio Barrientos
Departamento de Automática, Ingeniería electrónica e Informática industrial.
DISAM-UPM
Universidad Politécnica de Madrid.
barrientos@disam.etsii.upm.es
Resumen
Tras un lento crecimiento inicial, el uso de los robots industriales experimentó
durante los años 70 y 80 un vertiginoso crecimiento, instalándose con autoridad en
muchas de las industrias manufactureras, en particular la del automóvil. En el
presente hay unas 800.000 unidades operativas en todo el mundo. Este número de
robots cubre en gran medida todas aquellas instalaciones en las que el uso del robot
es económicamente rentable. Por este motivo parece probable que el número de
robots industriales instalados se quede finalmente estancado entorno a esta cifra.
No obstante desde mediados de los años 80 han surgido otras aplicaciones
para los robots, no ligadas a la manufactura, y en la que se busca en el empleo del
robot ventajas distintas a la del aumento de la productividad. Estas aplicaciones se
caracterizan en muchos caso por desarrollarse fuera del ambiente estructurado
propio de una fábrica, por lo que los robots que las desarrollan deben reunir una
serie de características particulares. Dado que sus funciones suelen estar ligadas al
desarrollo de servicios útiles para los hombre o las máquinas, estos robots se ha
venido a denominar robots de servicio. Se presentan a continuación el estado de la
robótica de servicio haciendo énfasis especial en algunas de sus aplicaciones.

1. Introducción
Los robots hicieron su aparición en la industria en los años 60 y tras unos
comienzos inciertos demostraron su utilidad y eficacia, popularizándose en las
fábricas e industrias, en particular la automovilística, durante los años 70 y 80. En el
momento actual, principio del nuevo siglo, se estima que el número de robots
instalados en las fábricas del todo el mundo está entorno a los 800.000,
manteniéndose esta cifra con una escasa tasa de crecimiento en los últimos años. Se
considera en la actualidad, que la robótica industrial ha tocado techo en cuanto a
número de robots instalados, por cuanto que se han llegado a cubrir materialmente
todas aquellas funciones donde su uso era económicamente rentable.
Durante estos 40 años de robótica, las capacidades de los robots han
experimentado una moderada evolución, soportada tanto por los avances en el
hardware y software utilizado en su sistema de control y sistema sensorial, como por
las aportaciones venidas del área del diseño mecánico y nuevos materiales. Así
mismo las aportaciones algorítmicas realizadas por los investigadores en los diversos
aspectos involucrados en la robótica, han contribuido a esta evolución.
Desde su comienzo se han creado entorno a los robots unas expectativas de
capacidades superiores a las que finalmente se han ido logrando. Esta mitificación de
las capacidades del robot, en buen medida propiciada por el concepto literario y
cinematográfico del término, se ha tenido que enfrentar con la limitada “inteligencia”
de la que se les ha podido dotar, que ha restringido su trabajo a la interacción con
piezas o herramientas dentro de un entorno muy estructurado, especialmente
construido o adaptado para que el robot trabaje con “comodidad” y en el que casi
todo está previsto.
Dentro de este entorno, que sin excesivas dificultades puede ser garantizado en
una fábrica o taller, el robot ha demostrado su alta eficiencia. Es rápido, preciso, no
se cansa y se coordina a la perfección con el resto de robots y máquinas que
intervienen en el proceso. Sus actuales prestaciones le permiten con facilidad,
posicionarse con precisión submilimétrica, localizar las piezas con las que tiene que

trabajar, comunicarse con otro equipos, ser programado mediante eficaces
herramientas informáticas, etc. Sin embargo, aún tiene limitaciones en su movilidad,
en la capacidad de interactuar con el ser humano, en adaptarse a situaciones distintas
de las previstas, o en modificar el tipo de actividad a la que se dedica por si solo.
A mediados de los años 80, en los laboratorios y centros de investigación
dedicados a la robótica, se trató de revitalizar la importancia de los robots en nuestra
sociedad, tratando de sacarle de su entorno productivo y aplicándole a aquellas
funciones en las que no se buscaba necesariamente una conjunción de ventajas
asociadas al coste de fabricación de un determinado producto. En lugar de ello, se
plantearon las ventajas que el uso del robot podía traer en tareas en las que el ser
humano asumía importantes riesgos o en las que las capacidades de aquel estaban
limitadas por factores como la fuerza o la precisión necesaria. En la mayor parte de
estos casos, el robot debería desarrollar su trabajo en un entorno no especialmente
adaptado a sus características, a priori desconocido, continuamente cambiante y con
una importante interacción con las personas. Puesto que no se trataba en estos casos
de un uso industrial de los robots al objeto de fabricar bienes, sino de su empleo para
desarrollar tareas para las personas, se entendió que estas nuevas aplicaciones de la
robótica deberían catalogarse como aplicaciones en el sector servicios.
Estos esfuerzos por aplicar al robot fuera de las fábricas han tenido importantes
resultados en sectores como la construcción, la medicina o la agricultura, y son un
paso más hacia el robot “personal” cercano al concepto mítico del robot de la ciencia
ficción.

2. Robots de Servicio
Como ocurre para el propio término de “robot”, no es fácil encontrar una
definición que delimite correctamente lo qué es un robot de servicio. La Federación
Internacional de Robótica (IFR) define a un robot de servicio como:
“aquel que trabaja de manera parcial o totalmente autónoma, desarrollando
servicios útiles para el bienestar de los humanos y equipos. Pueden ser móviles y con
capacidad de manipulación”
Esta definición es una adaptación de la dada anteriormente por el IPA
(Fraunhofer Institute for Produktionstechnik und Automatisierung) que establece que
un robot de servicio es:
“un dispositivo móvil programable, que desarrolla servicios de manera total o
parcialmente automática; entendiendo por servicios a aquellas tareas que no
sirven directamente a la industria de fabricación de bienes, sino a la realización
de servicios a las personas o a los equipos”.
En la práctica, las actuales y potenciales aplicaciones no industriales de los
robots son tan variadas y diferentes, que es difícil encontrar una definición
suficientemente amplia y concreta a la vez de un robot de servicio, más aún por
cuanto la gran diversificación de estas aplicaciones y el bajo número de sistemas
iguales (en muchos casos son sistemas o aplicaciones únicas) dificulta su
conocimiento y catalogación
Tratando no obstante de establecer una primera división en estas aplicaciones
no industriales de los robots , la IFR ha propuesto clasificarlas en:
• Aplicaciones de Servicio a humanos (personal, protección, entretenimiento, ...)
• Aplicaciones Servicio a equipos (mantenimiento, reparación, limpieza, etc.)
• Otras funciones autónomas (vigilancia, transporte, adquisición de datos,
inspección, etc.)

De una manera más concreta se puede indicar que los robots de servicio operan
en sectores y realizan actividades como:
Espacio
Construcción
Médico
Submarino
Nuclear
Limpieza
Agricultura
Doméstico y de oficina
Militar y seguridad
Ocio y entretenimiento
Se estima que en la actualidad hay unos 1200 robots de servicio operativos,
distribuidos en las actividades antes descritas como se muestra en la Ilustración 1
Ilustración 1. Distribución por aplicaciones delos Robots de Servicio
Servicios de
comunidad
10%
Medicina y
rehabilitación
3%
Cuidado de
enfermos
10%
Oficina y
logística
10%
Servicio de
hoteles
5%
Hogar
1%
Construcción
54%
Control de
desastres y
emergencia
7%
Servicios de
comunidad
10%
Medicina y
rehabilitación
3%
Cuidado de
enfermos
10%
Oficina y
logística
10%
Servicio de
hoteles
5%
Hogar
1%
Construcción
54%
Control de
desastres y
emergencia
7%

En los epígrafes siguientes se van a revisar estas aplicaciones, mostrando
desarrollos concretos y desatacando las ventajas que puede aportar el robot en ellas
así como los avances tecnológicos que han sido necesarios para abordarlas.
3. Aplicaciones en la construcción
La industria de la construcción está presente en una buena parte de la economía
de los países industrializados. Se estima que entre el 10 y el 20 % de las inversiones
de un pais están destinadas a obras civiles y construcción de edificios. En España
aproximadamente el 15% del PIB se dedica a la construcción. Por otra parte se
aprecia una notoria dificultad para encontrar mano de obra dedicada a la
construcción. En Japón se dice que la construcción es la industria de las “3K”
haciendo referencia a que es “Kitsui” (dura), “Kitani” (sucia) y “Kiken” (peligrosa),
características que hacen poco atractivo este trabajo para los jóvenes que se
incorporan al mercado laboral, con el consiguiente envejecimiento de la mano de
obra.
Ambas realidades (alta importancia económica, baja capacidad para captar
mano de obra) podrían suponer una tendencia elevada a la automatización, sin
embargo es destacable la comparativamente baja tecnificación del sector, no
habiendo experimentado los procedimientos constructivos grandes avances
tecnológicos en cuanto a automatización se refiere, pues si bien se han incorporado
máquinas como grúas, excavadoras, etc. su empleo es fuertemente dependiente del
ser humano.
La explicación a este bajo nivel de automatización a pesar de las ventajas que
aportaría, se encuentran en gran medida a la baja repetibilidad de los tareas
involucradas y a la agresividad del entorno. Por lo tanto para poder abordar la
automatización y en particular al robotización de la construcción, es preciso realizar
una cierta sistematización en todas las fases del proceso de la construcción.

En este sentido, en los años 90 apareció en concepto CIC (Computer Integrated
Construction) que de manera similar a su equivalente en la industria manufacturera
CIM (Computer Integrated Manufacturing), pretende la integración de todas las fases
del proceso: diseño y planificación , prefabricación y obra. La robótica puede
intervenir de manera muy eficiente en la fase de prefabricación, por cuanto esta es de
características similares a la de la industria manufacturera. Pero es en la fase de obra
en la que la robotización se encuentra con las dificultades antes citadas de baja
estructuración del entorno y dureza del ambiente. Para conseguir un adecuado grado
de automatización en obra, es preciso redefinir buena parte de los procedimientos
constructivos, por lo que el citado concepto CIC es de gran importancia.
Son muchas las funciones en obra que hasta la fecha han sido robotizadas. En
Japón, el país con mayor experiencia en la automatización de la construcción, se
utilizan robots en este sector para cerca de 100 funciones diferentes, de entre las que
se puede destacar:
• Soldadura de vigas y estructuras de acero
• Inspección ultrasónica de la soldadura
• Proyección de cemento en suelos
• Proyección de materiales de acabado interior
• Proyección de material aislante
• Manipulación y colocación de paneles de acabado interior
• Proyección de cemento en el interior de túneles
• Inspección de exteriores de edificios
• Colocación de estructuras exteriores de construcción (paneles, bloques, etc.)
Uno de los ejemplos más representativos de la automatización y robotización
en la construcción es el sistema SMART (Shimizu Manufacturing system by
Advanced Robotics Technology) desarrollado por la compañía japonesa Shimizu en
la primera mitad de los años 90. El sistema convierte en un taller la planta del
edificio que se soporta sobre cuatro columnas maestras y queda cubierta por una
estructura plástica quedando protegido de las inclemencias atmosféricas. En su

interior se trabaja en condiciones similares a las de un taller, lo que junto con el
adecuado diseño y planificación de la obra de acuerdo al concepto CIC, facilita la
automatización, empleándose robots en algunas de las misiones antes enumeradas
(soldadura de vigas, hormigonado de suelos, recubrimiento de paredes, etc.). Una vez
construida la planta esta se eleva sobre las cuatro columnas, repitiéndose el proceso
para la planta siguiente. Los resultados indicados por Shimizu muestran una
importante reducción del tiempo empleado en la construcción del edificio.
Otro ejemplo de la aplicación del concepto CIC es el sistema ROCCO
desarrollado en la Comunidad Europea con participación de Alemania, España y
Bélgica. En este caso el sistema está orientado a la construcción de viviendas
familiares, utilizando elementos exteriores e interiores (bloques) prefabricados, cuya
Ilustración 2. Sistema Smart y robot para nivelado de suelos de hormigón
Ilustración 3. Robot ROCCO

forma está diseñada de manera adecuada para facilitar el ensamblado automático en
obra. Estos bloques de material siliceo calcáreo, son suministrados a la obra en
pallets de una manera perfectamente estructurada, al objeto de que robots especiales
tengan ciertas facilidades para su localización y aplicación en el lugar correcto. Así
pues la tarea de los robots es tomar cada uno de los bloques de los pallets y situarlo
en la posición prevista incorporando un cemento especial entre ellos. Junto con el
necesario aumento de la estructuración del entorno, los robots deben estar dotados de
movilidad y de capacidades de reconocimiento y localización de los elementos con
los que tiene que trabajar.
4. Aplicaciones en el espacio
La industria espacial ha sido una de las que de manera más significativa ha
contribuido a la aplicación de los robots a tareas no convencionales. Desde el año
1967, en el que las sondas robotizadas Surveyor (EEUU) y Lunakhods (URSS)
fueron utilizadas para exploraciones extraplanetarias, el ámbito de aplicación de los
robots en el espacio se ha ampliado a tareas de manipulación con control remoto
(Telemanipuladores) para misiones intra y extravehiculares, aportando destacables
ventajas a la realización de misiones por astronautas e incluso siendo la única
solución posible en muchos casos.
Los posibles beneficios que el uso de los robots en el espacio conlleva se
obtienen bien por el hecho de descargar a los astronautas del desarrollo de ciertas
tareas (como el desarrollo de experimentos científicos en órbita) , por mejorar la
calidad de las mismas colaborando con la tripulación (por ejemplo realizando
trabajos de ensamblado o reparación extravehicular) o por realizar tareas que hoy en
día serían imposibles de realizar por seres humanos (exploraciones fuera del sistema
solar, por ejemplo).
De manera general las ventajas que aporta el uso de los robots en el espacio
pueden esquematizarse en las siguientes:

• Incremento de la seguridad (entorno hostil).
• Incremento de la productividad (aprovechamiento del tiempo)
• Reducción de los costes de operación (aumento de productividad y reducción de
costes de recursos para los astronautas: entrenamiento, soporte, etc.)
• Incremento de la fiabilidad.
• Posibilidad de realizar tareas imposibles para el ser humano (exploración de otros
planetas, de asteroides o cometas)
• Incremento de la flexibilidad (pueden ser aplicados a diversas funciones)
La NASA clasifica las misiones de los robots en el espacio en tres grupos:
• Robots extravehiculares (EVR): Son robots que deben realizar misiones en el
exterior de naves en órbita terrestre, como la puesta en órbita y recogida de
satélites, ensamblado y mantenimiento de la estación espacial internacional (ISS),
apoyo a los astronautas en operaciones extravehiculares, etc. El ejemplo más
representativo de este tipo de robots es el Remote Manipulator System (RMS)
construido por la empresa canadiense SPAR en 1981 y que a efectuado
numerosas misiones a bordo de la lanzadera espacial.
• Robots para exploración de otros planetas: se trata de robots móviles, con
frecuencia dotados de capacidades de manipulación que han sido y son utilizados
para la exploración de la superficie de otros planetas. A este tipo pertenecen las
primeras realizaciones, (Surveyor, Lunakhods, Viking), así como el más reciente
Sojourner.
• Robots para tareas intravehiculares: se trata de robots, de características no muy
diferentes a la de los robots industriales, incorporados a las naves al objeto de
realizar experimentos científicos en entornos controlados. Así el desarrollo de
experimentos físicos, químicos, biológicos etc. en condiciones de microgravedad,
puede ser preprogramado en tierra con la debida precisión y reproducidos en
órbita sin precisar de la atención de los astronautas.

A excepción de este último grupo de tareas, los robots espaciales suelen ser
teleoperados, bien por la tripulación de la nave que los trasporta , o bien desde
Tierra. En este segundo caso las limitaciones en la calidad y frecuencia de las
comunicaciones impone severas restricciones que han originado importantes
esfuerzos de investigación en el área de la robótica.
Los robots utilizados para tareas espaciales, deben reunir una serie de
características constructivas especiales, algunas comunes a todos ellos y otras
especialmente importantes para el caso de robots que trabajan fuera de la nave
espacial.
• Como primer característica común los robots espaciales deben ser ligeros. El
coste asociado a propulsar un peso determinado fuera del campo gravitacional es
elevado, por lo que es importante el diseño de robots con estructuras
especialmente ligeras. Esta circunstancia se ve dificultada por el hecho de que en
algunos casos se precisa robots con un alcance elevado (del orden de 10 o más
metros): El uso de estructuras ligeras con tan largo alcance, implica flexiones
estructurales importantes en las “barras” que componen el robot (robots de
estructura flexible) , lo que supone una importante dificultad en su control.
• Como ocurre en general con todos los componentes electrónicos destinados a
operar en el espacio, el grado de fiabilidad y robustez de la electrónica utilizada
en el robot debe ser elevada. El coste de la puesta en marcha y ejecución de una
misión espacial es alto, por lo que los riesgos de una posible avería que
dificultase o impidiese alcanzar los objetivos de la misión deben ser reducidos al
máximo. Lo mismo cabe decir con la fiabilidad del software involucrado en el
control del propio robot y en el desarrollo de su tarea. Esta circunstancia, justifica
entre otras cosas que solo se empleen elementos y desarrollos hardware y
software suficientemente probados aún a expensas de no ser los
tecnológicamente más avanzados.

• Las condiciones de trabajo implícitas en el espacio son especialmente duras. Las
condiciones de vacío originan dificultades en el manejo de fluidos
(accionamientos, lubricación) la (evaporación de fluidos, deformación de
estructuras), siendo preciso garantizar la estanqueidad de juntas y conducciones.
Las radiaciones, que no llegan hasta la Tierra gracias al escudo y filtro que
supone la atmósfera, inciden de manera directa sobre los sistemas eléctricos que
intervienen en el robot (sensores, actuadores, equipos de control) pudiendo
alterar las señales eléctricas o averiar los componentes citados. El cambio brusco
de temperaturas, y la dificultad en disipar el calor (fundamentalmente por
radiación), puede originar deformaciones o roturas en los materiales. Además en
la fase de despegue, la nave y toda su carga se ve sometida a severas condiciones
mecánicas con altas vibraciones, y aceleraciones. Por todo ello el diseño
electromecánico de los robots espaciales, en particular los de aquellos que deben
trabajar en misiones extravehiculares, es especialmente riguroso.
Si bien, como se ha indicado, algunas de las tareas a realizar por los robots
espaciales pueden ser preprogramadas y ajustadas con precisión en Tierra (caso de
ayuda en el desarrollo de experimentos intravehiculares) en la mayor parte de los
casos el entorno de trabajo y el modo en que las tareas pueden ser llevadas a cabo es
desconocido a priori. La solución a esta circunstancia es abordada mediante una
doble vía: el dotar al robot de mayor grado de autonomía y el permitir el telecontrol
del sistema. En ambos casos es preciso dotar al robot de un adecuado sistema
sensorial, que puede incorporar, sistemas de visión bi- o tri-dimensional, sistemas de
medida de las fuerzas ejercidas por el robot sobre su entorno y otro tipo de sensores
de variables ambientales (Temperatura, radiación etc.). La información
proporcionada por estos sensores es utilizada, en el caso de robots con mayor grado
de autonomía, por el sistema de control, que debe hacer uso de técnicas propias de
Inteligencia Artificial para tratar de replanificar la tarea adaptándose al estado real de
entorno. Esta solución se enfrenta con las limitaciones por ahora insoslayables de la
IA, que no es capaz de proporcionar soluciones a los problemas planteados salvo en
un número muy limitado de casos. En el caso de que se empleen tele-robots, la
información sensorial debe ser transmitida y presentada al operario de la manera más
eficiente posible, de modo que este pueda sacar el mayor provecho de ella. Si el

telecontrol se efectúa desde la Tierra, aparecen importantes problemas derivados de
las limitaciones existentes en las comunicaciones. Así los fallos en la comunicación,
las limitaciones en el ancho de banda (y por lo tanto en la densidad de la información
transmitida) y los retrasos motivados por las grandes distancias a salvar, originan que
el operario no disponga en el momento adecuado de la información necesaria para
actuar, o incluso disponga de información errónea (por darse a destiempo por
ejemplo). En este caso la información procedente de los sensores debe acompañarse
de importantes ayudas implantadas mediante el hardware y software necesario
(simulaciones, interfases hombre máquina, etc.) que tratan de solventar las
limitaciones de la comunicación.
En los últimos años el resurgimiento de la “carrera espacial” (en la actualidad
con cierto grado de colaboración entre el líder: EEUU y otros países: UE, China,
Japón, que tratan de no quedarse atrás), ha aumentado el número de realizaciones de
sistemas robotizados para el espacio. Como ejemplo puede citarse el sistema que está
siendo desarrollado para su uso en la Estación Espacial Internacional (ISS) por
SPAR (Canadá) denominado Mobile Servicing System (MSS). Este sistema se
compone de dos robots:
• El primero de ellos es el SSRMS (Space Station Remote Manipulator System).
Se trata de un robot de gran tamaño (17 metros) y 7 grados de libertad. La
simetría de su cadena cinemática está pensada para permitirle intercambiar las
funciones de cada uno de sus extremos. De esta manera mientras un extremo está
Ilustración 4. Sistema MSS para la Estación Espacial Internacional

sujeto a la estructura exterior de la ISS el otro realiza la tarea de manipulación
encomendada, pudiendo intercambiarse ambas funciones. Además el robot va
dispuesto sobre un sistema de desplazamiento (MSC) que le permite desplazarse
por la estructura exterior de la estación. Esta posibilidad, junto con la capacidad
de intercambiar el extremo libre y el sujeto a la estructura, le dotan de una
elevada movilidad.
• El segundo de los robots es el denominado SPDM (Special Purpose Dexteroux
Manipulator), consistente en un robot con dos brazos manipuladores de 7 grados
de libertad y un alcance de 3.3 metros cada uno. Sus capacidades se ven
potenciadas por la incorporación de un sistema de cambio de herramienta y el uso
de sensores de fuerza-par y visión.
Ambos sistemas son tele-robots controlados desde la estación espacial ISS y
las funciones a las que está previsto destinarlos son entre otras:
• Ensamblado y en general construcción de la Estación Espacial
Internacional (los módulos son transportados a bordo de lanzaderas
espaciales de las que hay que recogerlos)
• Inspección y mantenimiento exterior de la ISS
• Puesta en órbita y recuperación de robots de vuelo libre o pequeñas
naves.
• Apoyo a la tripulación en operaciones extravehiculares.
De entre los desarrollos europeos destaca el ROTEX (Robot Technoloy
Experiment) desarrollado por el DLR (Deutsches Zentrum für Luft und Raumfart,
Alemania) y que permitió en 1993 evaluar las posibilidades de usar un tele-robot en
órbita controlandolo tanto desde la nave como desde la Tierra. El sistema concebido
como un desarrollo experimental destinado a evaluar las potencialidades de este tipo
de robots, incorporaba entre otras capacidades: diversos sensores (fuerza-par,
distancia, tacto, visión estereoscópica, etc), cierto grado de autonomía y
compensación de los retrasos temporales mediante “simulación predictiva”, que
permitía al usuario teleoperar sobre un simulador del movimiento del robot y de las
fuerzas de interacción con su entorno, tratando de solventar los problemas derivados

de los retrasos de más de 5 segundos motivados por las comunicaciones a largas
distancias.
5. Aplicaciones en la medicina
Existen en la actualidad un número importante de aplicaciones consolidadas de
la robótica y de las tecnologías asociadas a la misma en los diferentes campos de la
medicina. La ilustración siguiente, extraída del “Robots in medicine” [Dario-95],
muestra una clasificación de estas aplicaciones. Se destacan dos grandes áreas, la
cirugía y la rehabilitación, agrupadas a su vez, de acuerdo a las características de
tamaño, diseño y modo de operación de los robots y tecnologías robóticas utilizadas,
en macro y microrobots Además se consideran otra serie de futuras aplicaciones
relacionadas con la Bio-robótica en las que se considera que la robótica puede servir
como elemento promotor para entender algunos aspectos del comportamiento y
funcionalidades de los sistemas biológicos. Se describen a continuación con más
detalle las aplicaciones de la robótica en cirugía.
Son dos las principales aportaciones que puede realizar la robótica en la
cirugía. Por una parte la gran precisión de sus movimientos, superior a la de las
manos del cirujano, inevitablemente sujetas a movimientos no deseados (temblor
fisiológico) o a errores de posicionamiento por falta de visibilidad, cansancio, etc.
Por otra parte la posibilidad de separar al cirujano de la sala de operaciones,
pudiendo así llegar a pacientes situados en lugares alejados o en cierta medida
inaccesibles.
Ilustración 5. Puesto de telecontrol del sistema ROTEX (DLR)

Desde el punto de vista de la técnica quirúrgica, las aplicaciones de los robots
en cirugía pueden agruparse en aquellas basadas en la cirugía guiada por imagen y la
cirugía mínimamente invasiva. Ambas técnicas, inicialmente desarrolladas para su
uso sin robots, han visto ampliada notoriamente su eficacia con el empleo de estos
últimos.
En la cirugía guiada por imagen, se hace uso de las diferentes técnicas de
imagen médica (RMN, TAC, etc.) para disponer, de manera previa a la operación, de
información que permite hacer una preplanificación detallada de como se debe
acceder a la zona objeto de la operación y del modo en que ésta debe ser realizada.
Posteriormente, ya en el quirófanos el paciente o algunas zonas de su cuerpo, deben
ser fijadas a la mesa de operaciones mediante e adecuado utillaje, realizándose
entonces un ajuste de la posición real de los órganos del paciente y de las imágenes
obtenidas anteriormente. A partir de este momento, el cirujano dispone de
importantes ayudas informáticas, para llevar a cabo la operación con precisión de
Ilustración 6. Posibilidades de la robótica en medicina (P. Dario)

acuerdo al plan previamente establecido. El disponer de un sistema robótico, que
realice de manera automática las acciones que precisan de mayor precisión de este
plan, complementan este sistema de cirugía asistida.
Este tipo de operaciones son frecuentes en cirugía ortopédica (prótesis de
cadera p.e.) o en neurocirugía, donde la precisión de la operación es de gran
importancia para el resultado de ésta, existiendo en Estados Unidos y Europa, varios
sistemas en funcionamiento para estos y otros tipos de operaciones.
El sistema ROBODOC, desarrollado por Integrated Surgical System Inc. es
un completo sistema robotizado que ha sido utilizado con éxito en operaciones de
sustitución de la cabeza del fémur por una prótesis de material biocompatible y
resistente. Utiliza una combinación de sistema CAD (Orthodoc) con un robot de
manera similar al concepto CAD-CAM. El sistema CAD facilita la selección de la
prótesis más adecuada y la planificación de la operación, mientras que el robot
efectúa con precisión la tarea encomendada consistente en la perforación del fémur
para la inserción de la prótesis.
En la cirugía mínimamente invasiva, se busca producir el mínimo daño en los
tejidos del paciente, disminuyendo el tiempo de recuperación y el riesgo de infección
del paciente. Se basa en la realización en alguna parte del cuerpo (frecuentemente el
abdomen) de unas pocas (4 o 5) pequeñas incisiones de un diámetro habitualmente
Ilustración 7. Sistema ROBODOC

inferior al centímetro, por donde se introducen los instrumentos quirúrgicos. Además
para que el cirujano pueda ver el resultado de sus acciones, es preciso introducir un
pequeña cámara de vídeo y la correspondiente iluminación. A esta técnica se la
denomina laparoscopia o endoscopia y por extensión al procedimento quirúrgico se
le denomina cirugía laparoscópica
Frente a la técnica habitual de cirugía abierta en la que el cirujano puede ver,
manipular y explorar con el tacto de manera directa los tejidos del paciente, en la
cirugía laparoscópica, se depende de las imágenes obtenidas a través de una cámara y
de las sensaciones de tacto obtenidas a través del instrumental introducido por los
pequeños orificios practicados.
La imagen proporcionada pos la cámara endoscópica adolece de una pérdida
importante de calidad motivada entre otros factores por la iluminación deficiente, la
resolución limitada, las limitaciones del punto de vista impuestas por la poca
movilidad del endoscopio dentro del cuerpo del paciente, la contaminación de la
lente por fluidos o por el posible humo generado por el electrobisturí, la pérdida de
profundidad al tratarse de una imagen bidimensional, etc.
Asimismo la sensación táctil que tiene el cirujano está muy limitada, por el uso
de instrumentos largos, por las fricciones de éstos con el interior del cuerpo o por la
limitación de movimientos impuestos por las pequeñas incisiones. Además el manejo
de estos largos instrumentos, incluido el posicionador de la cámara es cansado y debe
hacerse con precisión y correcta coordinación.
Habría que añadir además que puesto que el cirujano observa el resultado de
sus movimientos a través de una pantalla de televisión, existe una pérdida de
correlación cinestésica, que dificulta la correcta ejecución de los movimientos en
cuanto a amplitud y dirección al verse los resultados de éstos en direcciones
espaciales diferentes a las direcciones en que realmente se realizan.

En definitiva, la cirugía mínimamente invasiva, si bien tiene importantes
beneficios para el paciente, presenta grandes desventajas para el cirujano, que ve
mermada su capacidad de actuación y de sensación.
Buena parte de estos inconvenientes pueden ser resueltos con ayuda de la tele-
robótica y de las técnicas habitualmente asociadas a ella. La pérdida de la sensación
de tacto motivada por el uso de largos instrumentos que pasan a través del tejido del
paciente, puede ser suplida mediante la presentación al cirujano de fuerzas generadas
de manera artificial a través de las medidas tomadas por unos sensores dispuestos en
el extremo de los instrumentos. Estos en lugar de ser directamente manipulados por
el cirujano, pueden ser manipulados por tele-robots, lo que permite disminuir el
cansancio del cirujano, eliminar su temblor fisiológico, y aumentar la precisión
haciendo uso de un adecuado escalado de los movimientos efectuados por el cirujano
y los reproducidos por el robot. Como caso particular de instrumento a posicionar de
manera no automática, puede considerarse el propio endoscopio, que puede ser
manipulado a través de órdenes directas dadas por el cirujano buscando mantener el
mejor punto de vista.
Del mismo modo la imagen captada por el endoscopio puede ser mejorada por
técnicas de procesamiento de imagenas y complementada mediante realidad
aumentada. El uso de dos cámaras puede permitir una adecuada presentación
tridimensional de las imágenes al cirujano.
El empleo de estas técnicas propias de la telerrobótica para la cirugía
mínimamente invasiva da paso a la posibilidad de realizar operaciones a distancia.
En este caso deben adicionalmente superarse los problemas derivados de las posibles
limitaciones en las comunicaciones entre el escenario de la operación y el lugar
desde el que el cirujano realiza el control de la operación.

Como ejemplo de cirugía laparoscopia robotizada, puede citarse el sistema Da
Vinci, desarrollado por Intuitive Surgical Inc. Este sistema utiliza 2 tele-robots con
mando háptico manejado por el cirujano, mientras muestra a este la imagen captada
por un sistema de cámaras laparoscopias, a través de un sistema de visualización 3D.
El sistema fue utilizado por primera utilización en una extracción de vesícula en Julio
del 2000.
6. Robótica submarina
El entorno submarino es otro de los ambientes hostiles y arriesgados donde un
robot puede aportar importantes ventajes, evitando riesgos a los seres humanos y
ampliando la operatividad de las misiones.
Un robot submarino fundamentalmente debe incorporar la capacidad de
desplazarse y maniobrar en el interior del agua. Además suele incluir un sistema de
cámaras de televisión, dotadas de potentes focos para tratar de observar el entorno
del robot aún en condiciones de gran oscuridad o turbiedad del agua. Adicionalmente
el robot incluye uno o dos brazos manipuladores que le permiten tomar muestras y
manipular herramientas u objetos.
Ilustración 8. Sistema Da Vinci

Dos aplicaciones han sido las que en el pasado han motivado el mayor número
de desarrollo de robots submarinos: Los tendidos de cable para comunicaciones y las
plataformas oceánicas para la extracción de petróleo y gas. No obstante en la
actualidad hay otras aplicaciones que se benefician del uso de robots en el fondo
marino. De entre ellas pueden citarse:
• La investigación oceánica ya sea en sus facetas biológica o geológica
• Las aplicaciones de tipo militar, especialmente centradas en la vigilancia y
localización y neutralización o en su caso recuperación de minas o armamento
hundido
• La localización y rescate de barcos y aviones hundidos
• La inspección y reparación de buques o de construcciones con estructura
sumergida (presas, puentes, etc.)
La investigación del fondo del océano precisa de robots con capacidad de
sumergirse a profundidades destacables. Además de cámaras de televisión que
permiten observar el fondo marino, estos robots pueden contar con otros
instrumentos como termómetros, medidores de presión o equipos de medida de las
corrientes marinas. También es frecuente la inclusión de brazos manipuladores
teleoperados para facilitar tareas como la toma de muestras.
El robot Victor 6000 es un robot submarino desarrollado por el IFREMER
(Institut Francais de Recherche pour lÉxplotation dela Mer) especialmente diseñado
Ilustración 9. Robot submarino Victor 6000 (IFREMER)

para misiones de exploración de los fondos oceánicos hasta una profundidad de 6000
metros. Se une al barco nodriza, desde el que se le teleopera, mediante un cable de
un alcance máximo de 8500 metros.
Para las misiones de localización e inspección de barcos así como de
estructuras sumergidas (puentes, plataformas, etc.) , existen pequeños robots
submarinos como el SeaOtter mostrado en la figura que está equipado con 4 motores
de propulsión (2 motores para moverse hacia delante/reversa y 2 motores para
moverse vertical y lateralmente). Está equipado con una cámara de televisión que
permite trasmitir imágenes de video a la superficie, donde pueden ser monitorizadas
o grabadas. El operario tiene la posibilidad de controlar mediante un sistema de
JoyStick el movimiento del robot submarino y la orientación de la cámara y sistema
de iluminación. Un robot submarino similar a este, pero con una capacidad de
inmersión superior : el Jasón Jr. fue utilizado conectado a un minisubmarino
tripulado (el Alvin) a principio de 1986 para inspeccionar el Titanic hundido a 3800
metros de profundidad.
En Julio del año 1966, España se vio involucrada en el empleo de un robot
submarino con fines militares. El robot CURV (Cable Underwater Recovery Vehicle
) fue utilizado para localizar y recuperar la bomba H hundida a pocos kilómetros de
la costa de la localidad de Palomares (Almeria), como consecuencia de la colisión 2
aviones de las fuerzas aéreas de los EEUU a pocos,. Tras varios intentos frustrados
Ilustración 10. Robot submarino SEAOTTER

de realizar la localización y recuperación con submarinos tripulados, finalmente fue
el CURV quien realizó el rescate, utilizando sus telemanipuladores.
De igual manera a como ocurre en otras aplicaciones, los robots submarinos
pueden operar de manera teleoperada o de manera autónoma. En el primer caso,
conocido como ROV (Remoted Operated Vehicle), el robot queda
permanentemente unido, mediante una serie de cables, al barco de apoyo o a un
minisubmarino intermedio que a su vez queda unido al barco. Estos cables permiten
la trasmisión de señales de control y de las medidas tomadas por los sensores
dispuestos en el robot, la trasmisión de la potencia eléctrica para los sistemas del
robot y de manera adicional, el disponer de un cable que permita la recuperación del
robot submarino mediante su tracción. Desde el puesto de mando remoto, el operador
controla los movimientos del robot y en el caso de que los hubiera, de sus
manipuladores, al vez que recibe la información sensorial captada por el robot.
Al disponer de una trasmisión de la potencia desde el barco de apoyo, el
tiempo en que pueden permanecer un ROV operando es ilimitado (no se depende de
una batería), sin embargo el cable utilizado origina limitaciones relacionadas con el
radio de alcance en el que pueden operar y con el importante peso del cable, que
adicionalmente, por motivo de las corrientes marinas, puede dificultar los
desplazamientos y la operación a robot parado. Asimismo es importante tener en
consideración que las comunicaciones efectuadas entre el robot y la base de control,
se pueden ver afectadas de importantes retrasos debidos a la longitud del cable.
Ilustración 11. Robot CURV Utilizado en Palomares (Almeria) en 1966

Los ROV, son primordialmente utilizados en las aplicaciones relacionadas con
la construcción y el mantenimiento de plataformas petrolíferas, en las que no es
necesario un radio de alcance elevado.
Por su parte los robots submarinos autónomos, conocidos como AUV
(Autonomous Underwater Vehicle) pueden desarrollar una tarea preprogramada,
interactuar con su entorno, cumplir su objetivo y retornar a un lugar predesignado,
sin intervención del operador. A diferencia de los ROV, no utiliza cable umbilical,
precisando de una importante componente hardaware y software destinada a su
navegación autónoma.
7. Otras aplicaciones
Como anteriormente se indicó el número de aplicaciones potenciales delos
robots de servicio es destacable. Además de las ya examinadas, caben destacar 2 más
por su grado de incidencia y en su caso por su potencialidad.
En primer lugar es preciso destacar las aplicaciones relacionadas con el sector
nuclear. Durante la época de la guerra fría, las investigaciones desarrolladas entorno
a la energía nuclear, motivaron la aparición de los primeros tele-manipuladores
destinados ala manipulación de elementos radioactivos sin riesgo para el operario.
En la actualidad los robots se continúan utilizando para la manipulación de
probetas y residuos radioactivos, habiéndose incorporado además a tareas de
inspección y mantenimiento en instalaciones con contaminación radioactiva
(centrales nucleares), así como a tareas de intervención en caso de accidente (Three
Milles Island 1976, Chernobil 1986).
Estos robots de intervención suelen consistir en un vehículo con mando remoto
mediante cable que lleva una o varias cámaras de televisión y un manipulador
también tele-operado. Asimismo puede incorporar una serie de herramientas
auxiliares adecuadas para poder superar las tareas que se pretende lleve a cabo
(elementos de corte, instrumentos de medida, etc.). Similares a estos robots son los

utilizados en tareas de rescate y seguridad ciudadana (desactivación de explosivos
por ejemplo).
La otra aplicación a destacar es la robótica personal. Los robots pueden
colaborar dentro de nuestras casa y oficinas en multitud de tareas, que van desde el
simple ocio (robots mascotas), pasando por el desarrollo de tareas de funcionas
domésticas (aspiradora, corte de césped), hasta tareas de vigilancia y seguridad.
Estos robots, tecnológicamente viables, están experimentando un grado de
aceptación creciente, estando aún limitada su proliferación por el coste todavía
elevado.
Ilustración 12. Robot de Intervención

8. Conclusiones
Los robots han ampliado su espectro de aplicaciones saliendo de los ambientes
estructurados de las fábricas, sustituyendo al ser humano en tareas arriesgadas,
llegando a donde él no puede llegar o combinando sus especiales capacidades de
precisión y fuerza con la flexibilidad e inteligencia del ser humano.
En el futuro, la mejora en las interfases de comunicación entre el robot y el
usuario, la mejora en la capacidad de captación de información sensorial y en su
procesamiento y las nuevas posibilidades que pueda aportar la Inteligencia Artificial,
resultarán en una extensión del concepto de robot así como en un uso más amplio de
los mismos en actividades muy diversas.
9. Referencias
[1] IEEE and Fraunhofer IPA Database on Service Robots: http://www.ipa.fhg.de/srdatabase/
[2] Robotian: A Cyber robot museum: http://www.robotian.com/
[3] Nasa Space Telerobotics Programe
http://ranier.oact.hq.nasa.gov/telerobotics_page/telerobotics.shtm:
[4] International Association for Automation and Robotics in Construction (IAARC):
http://www.iaarc.org/
[5] Integrated Surgical Systems, Inc.: http://www.robodoc.com/
[6] Autonomous Underwater Vehicles Resources: http://www.cacs.louisiana.edu/~kimon/AUV/
Ilustración 13.Robot de vigilancia y robot mascota

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