Misión fuerza tecnológica: robots para un futuro sostenible

This resource is available in English. Este recurso está disponible en inglés.
This activity is part of Science Friday’s Down to Earth program.

¿Alguna vez has deseado que alguien te ayudara a completar una tarea? Quizás necesitas mover unas grandes cajas o ensamblar un mueble en tu cuarto. Algún día en el futuro cercano un robot podría ser la respuesta. De hecho, ya lo es para los astronautas. En la estación espacial internacional (ISS por sus siglas en inglés), los robots prestan ayuda a los astronautas al hacer una serie de trabajos que son necesarios pero que podrían considerarse aburridos, desafiantes, o peligrosos para los astronautas. Tener robots de servicio es bueno. Pero ¿qué tal si piensas en grande? ¿Cómo usarías los robots para mejorar tu comunidad?

Si bien es posible que tú no tengas robots que te ayuden, los astronautas sí los tienen. En la ISS los astronautas tienen diferentes tipos de robots de servicio que hacen que su vida sea más fácil en el espacio. Está el Robonaut humanoide que puede manipular herramientas, tales como destornilladores, casi tan fácilmente como los humanos lo hacen. Los Astrobees son robots voladores que efectúan tareas rutinarias tales como tomar inventario o mover cajas en la estación espacial. El Canadarm, afuera de la ISS, permite que los astronautas acoplen naves espaciales de forma segura e incluso puede darles un aventón durante sus caminatas espaciales.

Cuando los robots realizan esas tareas, el trabajo es más eficiente, rentable y, lo más importante, más seguro para los astronautas.

Los robots que son útiles en el espacio pueden ser de gran ayuda en la tierra. Hoy en día, hay robots que aspiran la casa, cortan la grama e incluso doblan ropa. Pero ellos pueden hacer mucho más. ¿Sabías que los robots ayudan a combatir el cambio climático?

Charge Robotics tiene un brazo robótico que ensambla paneles solares. Skygrow, ha desarrollado un Cultivabot que ayuda a plantar árboles, que cuando crezcan, van a ayudar a remover dióxido de carbono de la atmósfera. Al mismo tiempo, Aerones usa brazos robóticos para dar mantenimiento a aspas y torres de turbinas, ayudando a producir energía de forma eficiente, y manteniendo al personal técnico seguro.

Los robots ayudan al desarrollo de comunidades más sostenibles. Ayudan a eliminar contaminación instalar sistemas de energía renovables, e incluso hacen que los procesos de fabricación sean más respetuosos con el medio ambiente.

Diseñar un robot es algo muy divertido, pero antes de enfrentar el reto de una máquina compleja como Robonaut, los ingenieros a menudo exploran mecanismos más pequeños y específicos. Por ejemplo, agarrar objetos puede parecer una tarea simple para ti, pero los brazos robóticos no tienen la misma destreza que la mano humana posee. De hecho, es posible que la mayor parte de los brazos robóticos ni siquiera tengan manos.

Los brazos robóticos pueden algunas veces trabajar de manera autónoma, o por sí mismos, como aquellos que operan en una línea de ensamblaje de carros. Pero esos movimientos son muy limitados de tal forma que el robot sólo ejecuta tareas muy específicas. Pero ese método no es el mejor para todas las situaciones. Para lograr un mayor Rango de movimiento, los humanos tienen que controlar los brazos robóticos usando joysticks conectados a computadores.

Algunos brazos robóticos, como el de la ISS, tienen cámaras montadas en el exterior que le permiten a los astronautas maniobrar los brazos en su lugar respectivo. Manejar los brazos en la ISS no es un trabajo para una sola persona. Es algo que requiere muchísimo entrenamiento y trabajo de equipo.

Esta actividad sencilla te ayudará a entender qué tan complicado es para un robot agarrar un objeto, recogerlo y ponerlo suavemente en un nuevo lugar. Construirás un agarrador simple y después trabajarás en equipo para mover objetos. “Trabajar como un robot” no es tan fácil como crees.

Materiales

• Una banda elástica grande (#33, 3 ½” x ⅛”)
• Cuatro pedazos de cuerda, 30 – 60 cm cada una.
• Seis vasos de plástico de 500 mL; más si quieres retos adicionales (opcional)
• Máximo tres amigos, compañeros de clase o familiares
• Gafas de seguridad u otro tipo de protección de ojos
• Folleto de Desafío de Torre de Vasos (opcional)

Reto de la torre de vasos

1. Ata las cuerdas a la banda elástica. La forma en que ates las cuerdas y en qué lugar de la banda elástica las ates, depende de ti. Tómate un momento para hablar de tus planes con tu equipo.
2. Apila todos los vasos en una columna.
3. Luego, reorganiza los seis vasos en la columna en forma de pirámide (con tres en la base dos en la segunda fila y uno en la cima) sin tocar los vasos con tus manos.

PRECAUCIÓN: Se recomienda el uso de protección ocular al utilizar gomas elásticas.

Reto de extender la torre de vasos

• ¿Quieres hacer el reto más difícil? Añade criterios adicionales a tu desafío
  – Permite que los miembros del equipo usen solo una mano.
  – No permitas que nadie en el equipo hable.
  – Agrega un límite de tiempo de cinco minutos (o menos)
  – Aumenta el número de vasos a apilar.
• ¿Quieres hacer el reto más fácil? Dale a tu equipo estas ventajas.
  – Comienza con los vasos esparcidos en la superficie de trabajo en vez de estar apilados.
  – Practica la forma de sujetar el vaso con el agarrador antes de comenzar el reto.
  – Reduce el número de vasos a apilar.
• Una vez hayas dominado el primer reto, intenta “desapilar” los vasos y vuélvelos a poner en una sola columna. También puedes hacer algo diferente, intenta construir distintas formas, ¡Sé creativo!

Después de que hayas completado el reto, considera las siguientes preguntas:

• ¿Cómo te ayudó esta actividad a entender las formas en que los humanos interactúan con un robot?
• ¿Qué aprendiste en cuánto a tener que trabajar juntos en equipo?
• ¿Cómo diseñarías tu agarrador para que use un destornillador o clava un clavo?

Le has echado un vistazo solamente a algunos de los robots usados en el espacio y en la tierra. Hay muchos más de ellos por ahí. Los robots son más que simples ayudantes. También pueden interactuar con los humanos para hacer que las cosas funcionen sin problemas. Es importante pensar en las formas en las que los robots pueden ayudar a mejorar tu comunidad o hacer de la tierra un mejor lugar.

Aquí hay tres ideas para tener en cuenta. ¿Cómo podrías diseñar un brazo robótico que puedas controlar de manera remota para que los humanos a una distancia segura se enfrenten a cada problema? Usa el Diario de la Misión Fuerza Técnica para planear, crear prototipos y evaluar tu brazo robótico usando materiales disponibles en tu casa, tales como cartón de desecho, recipientes de plástico reciclado y materiales para manualidades.

• Imagina que trabajas para la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA, por sus siglas en inglés) y necesitas ayudar a la comunidad a retirar escombros después de desastres naturales, tales como huracanes, tornados, e inundaciones. ¿Qué tipo de brazo robótico podría ayudarte a hacer eso?
• Supón que eres un ingeniero civil que trabaja para el departamento Estatal de transporte. ¿Cómo podrías usar la robótica para construir o mejorar puentes, carreteras o edificios para que tu comunidad sea más sostenible y resistente al cambio climático y a los desastres naturales?
• ¿Qué tal si eres un gerente de proyecto para una empresa pequeña manufacturera? ¿Cómo podría un robot ayudarte a reducir la cantidad de energía que la fábrica de tu empresa utiliza o las emisiones de dióxido de carbono que crea?, o ¿Cómo podría la robótica ser utilizada para mantener la seguridad de tus empleados?

Independientemente de lo que elijas diseñar, ten en cuenta que los robots operan mejor cuando están involucrados en tareas repetitivas que son agotadoras, lentas de realizar y aburridas. Los robots pueden ayudar a aumentar la disponibilidad de los humanos para otras labores mientras ayudan a reducir el cambio climático porque usan menos energía. ¿Qué ideas tienes para un robot?

¿Te emocionan las posibilidades que ofrece la robótica? ¡Descubre otras formas en que esta tecnología está cambiando el mundo!

• No necesitas equipo complejo y tecnología cara para aprender a construir robots. Los Amigos de Ciencia tienen más de 25 actividades para ayudarte a gestar y desarrollar tus habilidades de ingeniería.
• A medida que los humanos construyen y usan robots más frecuentemente, hay algunas preguntas importantes que se deben considerar. ¿Qué pasaría si tratas a los robots de la misma forma en que tratas a tus mascotas? ¿Quién debería estar involucrado en las exploraciones espaciales, los humanos o los robots? ¿Deberían los robots colonizar la luna o Marte? Escucha las historias y usa un organizador gráfico para tomar apuntes, luego comparte tus opiniones con los demás.
• Sí, seguro, los robots son geniales, pero dependen de los fundamentos mecánicos propios de las máquinas simples para funcionar. Descubre los fundamentos matemáticos detrás de las ventajas mecánicas de los brazos robóticos.
• ¿Quieres ir más allá—literalmente? Puedes controlar robots del tamaño de una pelota de fútbol llamados Satélites Experimentales de Posición Sincronizada Activar Reorientar (SPHERES, por sus siglas en inglés) en la ISS como parte de la competencia de programación Robótica Cero (Zero Robotics).

Estándares NGSS:

• MS-ETS1-1: Diseño de ingeniería — Define los criterios y las limitaciones de un problema de diseño con la precisión suficiente para asegurar una solución satisfactoria, teniendo en cuenta los principios científicos pertinentes y las posibles repercusiones sobre las personas y el entorno natural que puedan limitar las posibles soluciones.
• MS-ETS1-2: Diseño de ingeniería — Evalúa soluciones de diseño competidoras utilizando un proceso sistemático para determinar en qué medida cumplen los criterios y restricciones del problema.
• MS-ETS1-3: Diseño de ingeniería — Analizar los datos de las pruebas para determinar similitudes y diferencias entre varias soluciones de diseño para identificar las mejores características de cada una que se pueden combinar en una nueva solución para cumplir mejor los criterios de éxito.
• MS-ETS1-4: Diseño de ingeniería — Desarrollar un modelo para generar datos para la prueba iterativa y la modificación de un objeto, herramienta o proceso propuesto de manera que se pueda lograr un diseño óptimo.

Agrupaciones de formación profesional y técnica

• Cadena de suministro y Transporte: Este grupo de carreras abarca la transferencia, coordinación y gestión de bienes desde la producción hasta el consumo, asegurando un movimiento eficiente a través de varios modos de transporte, incluidos el aéreo, terrestre y acuático, así como el mantenimiento de los respectivos modos de transporte.
• Fabricación: Este grupo de carreras se centra en la planificación, gestión y ejecución de procesos para la producción de materiales intermedios o productos finales, así como en actividades de apoyo profesional y técnico relacionadas, como la planificación y el control de la producción, el mantenimiento y la fabricación, y la ingeniería de procesos.
• Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas: Este grupo de carreras se centra en la planificación, gestión y prestación de servicios de investigación científica, así como de servicios profesionales y técnicos (por ejemplo, ciencias físicas, ciencias sociales, ingeniería), incluidos servicios de laboratorio y pruebas, y servicios de investigación y desarrollo.

Objetivos de desarrollo sostenible de la ONU

• Industria, Innovación, e Infraestructura: El objetivo 9 busca construir infraestructura resistente promover la industrialización sostenible e inclusiva y fomentar la Innovación.

Credits:
Lección de Jennifer Swanson
Traducción al español por Laura González
Edición de redacción por Erica Williams y Robin Kazmier
Producción digital by Sandy Roberts

Agradecimientos especiales al Laboratorio Nacional de la EEI y al Centro para el Avance de la Ciencia en el Espacio™ (CASIS™) por financiar este recurso. En colaboración con la NASA, el Laboratorio Nacional de la EEI busca aprovechar la estación espacial para inspirar a la próxima generación.

Este recurso es parte del programa Down To Earth: Space Science For Community Change de Science Friday.