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 ultrasonidos, (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 móvil 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 coche teledirigido por mando, (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 a la derecha, avanzar 2 segundos». Describe el camino que dibujará el robot en el suelo al ejecutar esa secuencia dos veces seguidas y explica qué diferencia hay entre una secuencia y un bucle en un programa de movimientos.

Un ordenador 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 ordenador 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 ultrasonidos 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 rotulador. 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 aula pero falla en el pasillo: el suelo 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 suelo 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 sensores (a y b) situados a cada lado de la línea que debe seguir.

Los sensores distinguen la línea oscura del suelo claro. Diseña la lógica completa del siguelíneas: qué deben hacer los motores cuando el sensor a ve la línea y el b no, qué cuando es al revés y qué cuando ninguno la ve, y explica por qué hacen falta los dos sensores (qué le pasaría al robot con uno solo).

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 desmontar el robot.

Compara un dron teledirigido con un dron autónomo que mantiene la posición él solo: qué sensores usa el autónomo para saber si se mueve (altura, aceleración, posición) y qué decide en cada momento, y analiza quién es «el cerebro» en cada caso. ¿Cuál de los dos es un robot según la definición y por qué?

El programa del robot dice: «si el obstáculo está a menos de $20\ \text{cm}$, gira». Analiza esa decisión de umbral: qué pasa si el robot va muy deprisa con ese umbral, por qué conviene dejar un margen de seguridad mayor a más velocidad y qué otro dato (además de la distancia) podría usar la placa para ajustar el umbral sola.

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.

Elige un robot que ayude a las personas (quirófano, desactivación de explosivos, invernadero automático o prótesis de mano) y analízalo con la cadena completa: qué sensores necesita, qué decisiones toma la placa, qué actuadores mueve y qué pasaría si uno de sus sensores diera un dato falso. ¿Qué medida de seguridad propones?

«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.