Robots y placas controladoras

Explicá 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. Aplicalo 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.

Indicá qué elemento del robot está tapado en la cadena (su «cerebro») y explicá 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.

Decidí cuáles de estos aparatos son robots y cuáles no, justificándolo con la cadena sentir-decidir-actuar: (a) un robot aspiradora, (b) un auto a 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?

Los sensores son los «sentidos» del robot. Relacioná 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 cayó de lado, nota que chocó con la pared, mide a qué distancia está el obstáculo y distingue el día de la noche.

El sensor de ultrasonidos mide la distancia al objeto más cercano: emite un pitido y mide cuánto tarda el eco en volver. Explicá qué dato le llega al programa (un número: los centímetros) y escribí 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.

El robot siguelíneas funciona en el aula pero falla en el pasillo: el piso es distinto y hay más luz. Explicá 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.

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

La placa controladora (como micro:bit o Arduino) es el cerebro del robot. Explicá 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?

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

micro:bit y Arduino son las dos placas escolares más usadas. Compará lo que sabés o investigá 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. Elegí una para tu primer robot esquiva-obstáculos y justificala.

Clasificá 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. Explicá qué relación tiene esa clasificación con la cadena sentir-decidir-actuar.

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

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

Escribí la pregunta que debería ir en el rombo para que el robot funcione (qué mide el sensor y con qué valor se compara) y explicá el comportamiento completo del robot con ese diagrama: qué hace cuando no hay nada adelante 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. Explicá qué papel juegan el bucle «por siempre» y los condicionales, y describí qué camino hará el robot al lado de una pared con un recodo.

Querés que el robot dibuje un cuadrado en el piso con un marcador. Escribí 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. Explicá qué cambiaría en el programa para dibujar un triángulo equilátero en lugar de un cuadrado.

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

2. Diseñá 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». Demostrá 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.

Diseñá 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 $25\ \text{°C}$. Escribí la lógica con bucles y condicionales (en palabras, no en código) y explicá 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. Hacé el diagnóstico como una ingeniera: enumerá 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 describí la prueba concreta que harías para descartar cada una sin desarmar el robot.

Una empresa de reparto prueba dos cuadricópteros durante un día con viento racheado de $35\ \text{km/h}$:

• Dron A (radiocontrolado): un operador en tierra observa el vuelo con binoculares y mueve las palancas de la emisora para compensar los desvíos.

• Dron B (autónomo): no tiene control remoto; su microcontrolador lee 100 veces por segundo un acelerómetro, un giróscopo, un barómetro y un receptor GPS para gobernar los cuatro motores de forma independiente y mantenerse en un punto fijo.

• Predecí qué ocurrirá con cada dron cuando una ráfaga súbita de viento empuje a ambos $2\ \text{m}$ hacia un lateral: compará la rapidez de reacción y la precisión de ambos sistemas explicando la causa de la diferencia.

• Identificá en el Dron B la cadena de control completa: qué variables físicas miden sus sensores, qué cálculo u orden genera el procesador y qué hacen los actuadores para corregir la inclinación.

• A partir del concepto de sistema de control automático en lazo cerrado frente al lazo cerrado por un operador humano (teleoperación), justificá por qué el Dron B es estrictamente un robot según la definición tecnológica y por qué es un error publicitario llamar «robot» al Dron A.

Un robot tiene dos sensores a la vez: uno de obstáculos y otro de línea negra en el piso (que marca un precipicio de juguete). Diseñá 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. Justificá tu jerarquía pensando en la seguridad del robot.

«El robot decidió atropellar la maceta»: analizá esa frase hecha en casa y argumentá 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. Terminá con dos reglas que debería cumplir todo robot casero.