Ejercicios: Robots y placas controladoras

Explica con tus palabras qué tres cosas hace un robot para que lo consideremos robot: percibir su entorno, procesar esa información y actuar sobre el mundo. Aplícalo a un robot aspiradora: con qué «siente» la habitación, qué «decide» y qué «hace».

La figura muestra la cadena de funcionamiento de un robot móvil que esquiva obstáculos, pero el eslabón central está tapado.

Indica qué elemento del robot está tapado en la cadena (su «cerebro») y explica el papel de cada uno de los tres eslabones: qué datos recoge el sensor, qué hace el elemento tapado con esos datos y qué orden reciben los motores cuando hay un obstáculo cerca.

Los sensores son los «sentidos» del robot. Relaciona cada sensor con lo que percibe: (a) sensor de distancia por ultrasonido, (b) sensor de luz, (c) sensor de contacto o pulsador y (d) sensor de inclinación, con estas situaciones: el robot detecta que se ha caído de lado, nota que ha chocado con la pared, mide a qué distancia está el obstáculo y distingue el día de la noche.

Los actuadores son las partes del robot que actúan sobre el mundo. Clasifica estos elementos en sensor o actuador: motor, altavoz, sensor de temperatura, luces LED, sensor de distancia, vibrador de celular y cámara. Explica la diferencia general entre unos y otros con una frase.

La placa controladora (como micro:bit o Arduino) es el cerebro del robot. Explica qué es una placa controladora con tus palabras: qué tres cosas conectamos a ella (sensores, actuadores y el programa que escribimos) y por qué se dice que es programable: ¿quién decide lo que hace el robot, la placa o quien la programa?

Decide cuáles de estos aparatos son robots y cuáles no, justificándolo con la cadena sentir-decidir-actuar: (a) un robot aspiradora, (b) un carro de control remoto, (c) un semáforo que cambia solo con el tiempo y (d) un dron que mantiene la altura él solo. ¿Qué les falta a los que no son robots?

Programamos el robot por bloques: una secuencia es «avanzar 2 segundos, girar 90° a la derecha, avanzar 2 segundos». Describe el camino que dibujará el robot en el piso al ejecutar esa secuencia dos veces seguidas y explica qué diferencia hay entre una secuencia y un bucle en un programa de movimientos.

Un computador normal también tiene entradas y salidas (teclado, pantalla), pero no es un robot. Explica la diferencia clave: el robot actúa físicamente sobre el mundo (se mueve, agarra, enciende mecanismos) mientras que el computador trabaja sobre todo con información. Pon dos ejemplos que ilustren esa diferencia.

La figura muestra el diagrama de flujo del programa de un robot que esquiva obstáculos, pero la pregunta del rombo está tapada.

Escribe la pregunta que debería ir en el rombo para que el robot funcione (qué mide el sensor y con qué valor se compara) y explica el comportamiento completo del robot con ese diagrama: qué hace cuando no hay nada delante y qué hace en cuanto detecta un obstáculo.

El programa «seguir la pared» repite por siempre esta lógica: si el sensor de la derecha ve la pared lejos, girar a la derecha; si la ve cerca, girar a la izquierda; si no, seguir recto. Explica qué papel juegan el bucle «por siempre» y los condicionales, y describe qué camino hará el robot al lado de una pared con un recodo.

El sensor de ultrasonido mide la distancia al objeto más cercano: emite un pitido y mide cuánto tarda el eco en volver. Explica qué dato le llega al programa (un número: los centímetros) y escribe dos reglas de decisión que use ese dato: una para parar el robot antes de chocar y otra para que avance solo si el pasillo está despejado.

Quieres que el robot dibuje un cuadrado en el suelo con un marcador. Escribe el programa usando un bucle «repetir 4 veces»: qué dos órdenes van dentro del bucle (avanzar y girar) y qué ángulo debe girar cada vez. Explica qué cambiaría en el programa para dibujar un triángulo equilátero en lugar de un cuadrado.

micro:bit y Arduino son las dos placas escolares más usadas. Compara lo que sabes o investiga sobre ellas: cuál trae ya luces, botones y sensores integrados, lista para usar sin cables, y cuál es más abierta para montar circuitos con componentes. Elige una para tu primer robot esquiva-obstáculos y justifícala.

El robot siguelíneas funciona en el salón de clase pero falla en el pasillo: el piso es distinto y hay más luz. Explica por qué los robots hay que probarlos y ajustarlos en el lugar real donde van a trabajar (los sensores leen valores distintos según el piso y la luz) y qué es «calibrar» un sensor antes de la prueba.

Clasifica estos componentes de un robot en entradas (llevan información a la placa) o salidas (reciben órdenes de la placa): botón de marcha, sensor de línea, motor de la rueda, luz LED de estado, zumbador y sensor de choque. Explica qué relación tiene esa clasificación con la cadena sentir-decidir-actuar.

Describe el ciclo completo sentir-decidir-actuar de un robot aspiradora durante un minuto de trabajo: qué sensores usa (distancia, choque, desnivel de las escaleras), qué decisiones toma con esos datos (cambiar de dirección, volver a la base si le queda poca batería) y qué actuadores mueve en cada caso.

La figura muestra, vista desde arriba, un robot siguelíneas con dos ruedas motrices independientes y dos sensores infrarrojos (a y b) que distinguen la línea oscura del suelo claro.

Un grupo de clase ha programado el robot con esta regla: «Si el sensor a (izquierdo) detecta negro, enciende a tope el motor izquierdo para corregir el rumbo; si el sensor b (derecho) detecta negro, enciende a tope el motor derecho». Al probarlo, el robot se sale de la pista hacia la derecha en la primera curva a la izquierda.

1. Justifica por qué falla el razonamiento del grupo: ¿hacia qué lado gira realmente un robot diferencial cuando aceleras solo la rueda izquierda y qué debería hacer cada motor para girar a la izquierda?

2. Diseña la tabla de control completa para los dos motores (motor izquierdo y motor derecho: avanzar, parar o retroceder) ante los 4 casos posibles de los sensores a y b (blanco/blanco, negro/blanco, blanco/negro, negro/negro).

3. Alguien afirma: «Es imposible que un robot siga una línea con un único sensor». Demuestra que esa afirmación es falsa explicando qué estrategia de movimiento tendría que seguir un robot con un solo sensor infrarrojo para mantenerse sobre la pista.

Diseña el programa de un ventilador automático con micro:bit: debe encender el ventilador cuando la temperatura supere los $28\ \text{°C}$ y apagarlo cuando baje de $25\ \text{°C}$. Escribe la lógica con bucles y condicionales (en palabras, no en código) y explica por qué se dejan dos umbrales distintos en lugar de uno solo (qué pasaría si encendiera y apagara con el mismo valor exacto).

El robot esquiva-obstáculos choca siempre por el lado derecho. Haz el diagnóstico como una ingeniera: enumera tres causas posibles ordenadas de más a menos probable (un motor más lento, el sensor mal orientado, un error en el programa de giro) y describe la prueba concreta que harías para descartar cada una sin desarmar el robot.

Un robot tiene dos sensores a la vez: uno de obstáculos y otro de línea negra en el suelo (que marca un precipicio de juguete). Diseña las prioridades del programa: qué debe mandar si detecta obstáculo y borde a la vez, en qué orden se evalúan las condiciones y qué pasa si el orden de las preguntas se cambia. Justifica tu jerarquía pensando en la seguridad del robot.

«El robot decidió atropellar la maceta»: analiza esa frase hecha en casa y argumenta por qué es engañosa: quién decidió realmente su comportamiento, dónde estaban los límites de sus sensores y de su programa, y qué responsabilidad tenemos quienes programamos máquinas que actúan en el mundo. Termina con dos reglas que debería cumplir todo robot casero.

Reto del tema. Diseña el prototipo virtual de un robot climatizador para optimizar el confort térmico de tu hogar usando una placa controladora.

1. Toma de datos reales: Consulta en la web oficial del IDEAM las temperaturas máximas registradas en tu municipio durante los últimos $3$ días y calcula su media aritmética (por ejemplo, $26,4$ ºC). Este valor será el umbral de activación.

2. Diseño y simulación: En el simulador gratuito MakeCode para micro:bit (o Tinkercad), planifica la arquitectura del robot identificando sus tres partes esenciales: placa controladora, sensor (termómetro interno) y actuador (servomotor simulando la apertura de una rejilla o aviso en la matriz LED).

3. Programación: Programa el algoritmo de control mediante bloques. Debe leer continuamente la temperatura y, si esta supera el umbral calculado, activar el actuador; en caso contrario, permanecerá en reposo.

4. Informe final: Elabora un informe breve (máximo $1$ página en LibreOffice Writer) que incluya los datos del IDEAM, la justificación de los componentes elegidos y una captura de pantalla del código funcionando en el simulador.

Se valorará:

• Obtención rigurosa de los datos reales del IDEAM y cálculo correcto del umbral térmico.

• Identificación precisa y justificada de la placa controladora, sensores y actuadores del robot.

• Algoritmo funcional y sin errores en el simulador según las condiciones dadas.

• Calidad técnica, claridad y orden en la redacción del informe final.