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faunus

Los robots para trabajar

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Como ya he modificado en el mensaje anterior, creía haberlo visto andar aunque solo rueda. Aunque sigo pensando que hacerlo andar con las ruedas fijas no debería ser complicado y serviría para subir escaleras sin saltar, en el vídeo solo las baja a toda velocidad, y moverse por los lugares o situaciones donde las ruedas no funcionasen bien. Como bien dices uno de 4 ó 6 patas sería mejor para los terrenos muy abruptos pero es que no creo que haya sido pensado para explorar montañas ni para el rescate en desastres. Es lo bueno de los robots, puedes diseñarlos para tareas concretas añadiendo o quitando características.

 

Sin haber leído suficiente sobre el tema, la gran diferencia entre los andares humanos y los aviares está en la dirección de las rodillas: las doblamos al revés al igual que los cuartos traseros de ¿todos? los mamíferos. Entiendo por "rodilla" la primera articulación después de la que une la pata al tronco. Ignoro la razón por la que la dirección en que se dobla una rodilla afecte tanto al movimiento bípedo, solo se me ocurre que nosotros tenemos que adelantar toda la pierna para avanzar y ellos solo media (más o menos) que además es la más ligera.

Editado el por APB.

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Es verdad lo que dices, que una de las diferencias es que la función de nuestra rodilla la hace su tobillo, y la de nuestro tobillo la hace su metatarso.

Esto es mucho más fácil de ver que de explicar:

 

issue21ostrich5_l.jpg

Fuente: http://www.sciencein...issue21/ostrich

En rojo, la equivalencia anatómica, y en verde la equivalencia funcional.

 

Pero la mayor diferencia, y lo que hace que mecánicamente nuestra forma sea peor, es que toda la estructura se basa en el apoyo de dos puntos concretos (las caderas), que dependen de dos segmentos verticales (las piernas).

Para mantener la verticalidad, es necesario que las piernas tengan exactamente la misma longitud, y nunca es así. Una vez un traumatólogo me dijo que el 90 % de la gente tiene dismetría o una pierna más corta que otra (como yo) pero no lo sabe, lo que hace que las caderas estén a distintas alturas, lo que hace que la columna no esté vertical y provoque escoliosis. Eso es el origen de muchos problemas de espalda.

 

En cambio, en las aves la estructura no depende de la longitud de las patas, porque no están verticales. Como se ve en el dibujo, el fémur está casi horizontal. Así, una diferncia de longitud de 2 o 3 cm o incluso más no tienen efecto sobre la biomecánica, la estabilidad ni la locomoción.

La postura se mantiene con una tensión constante de unos potentes ligamentos, lo que hace que sea extremadamente estable. Eso, traducido a estructuras artificiales, es lo que podría ser más práctico para la locomoción de robots bípedos.

 

En los robots bípedos "al estilo humano", como el simpático Asimo, creo que ese sistema es una gran limitación.

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Veo que su rodilla es igual que la nuestra, se dobla en la misma dirección, pero su función difiere. Está claro que hace mucho que no como un pollo entero asado ya que no recordaba su anatomía. :(

 

La función de equilibrar las diferencias anatómicas tiene mucha importancia en los imperfectos seres vivos pero para un robot no debería ser necesario. Sus piernas medirán exactamente lo mismo o se despide al inútil que las ha fabricado :) .

 

Otra cuestión es la diferencia en el consumo energético al no tener que mover completamente la parte superior de la pata (fémur en los humanos, tibia en los pájaros y en los dos casos muy musculada y pesada) para completar un paso. Aquí si que veo una gran ventaja tanto para los robots como los pájaros.

Editado el por APB.

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La función de equilibrar las diferencias anatómicas tiene mucha importancia en los imperfectos seres vivos pero para un robot no debería ser necesario. Sus piernas medirán exactamente lo mismo o se despide al inútil que las ha fabricado :) .

Por supuesto, pero aparte de para compensar asimetrías, que dependa o no de dos segmentos verticales sí que tiene importancia en cuanto a la estabilidad: aunque las piezas midan exactamente lo mismo, una disposición no vertical creo que se adapta mucho mejor a terrenos irregulares o con obstáculos. Y lo tiene mucho más fácil para guardar el equilibrio tras un tropezón, un golpe o cualquier imprevisto.

 

La prueba de que una locomoción bípeda simple es menos estable es que apenas hay animales con ella.

- Casi todos los que pueden desplazarse a dos patas lo hacen solo ocasionalmente, y pasan a ser cuadrúpedos muy fácilmente (simios, osos, reptiles, etc.).

- Las aves corredoras (los pocos bípedos auténticos) tienen las patas en forma de Z, como se dijo arriba. De la misma forma se desplazaban los dinosaurios bípedos, como se veía en tantas pelis del Jurásico.

- Así que, en resumen, creo que ningún animal de la Tierra salvo nosotros se desplaza sobre dos apoyos verticales.

 

Mecánicamente es una mala solución (los dos apoyos verticales). Lo que en humanos es frecuentes dolores de rodillas-caderas-espalda, en un robot supondría una fuente constante de averías y reparaciones. Si se observa con atención, incluso muchos modelos de robot bípedo tampoco tienen las patas/piernas verticales, sino ligeramente flexionadas, como

. Es exactamente la misma razón.

En este caso y otros parecidos, lo han hecho bípedo-humanoide por razones de empatía, pero para funciones de acción real estoy seguro de que sería la peor solución.

 

Si además hay razones de mejor o peor aprovechamiento de la energía como comentas, pues con mayor motivo todavía.

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Creía que hablabas de la dirección de la rodilla* y no de andar con las rodillas dobladas. Cuando hablaba de un menor gasto energético siempre me refería a tener las rodillas* dobladas hacia delante y no hacia atrás como nosotros.

 

Los humanos tampoco andamos con el cuerpo y las rodillas rectas, cuando más se nota es al correr o cuando necesitamos mayor estabilidad (en terrenos muy irregulares). Las normas sociales y que habitualmente andamos despacio sobre terreno llano y estable hacen que no se note o que andemos más erguidos de lo normal. Diría que los dolores de los que hablas están más relacionados a posturas inadecuadas al sentarse o a estar demasiado tiempo de parado de pie, donde si tenemos el cuerpo totalmente erguido ya que diría que es más energéticamente eficiente aparte de poder divisar los peligros antes.

 

Otra razón para que ASIMO ande con las rodillas dobladas podría ser la de bajar su centro de gravedad, con lo que se mejora la estabilidad. Además no sé si sus pies están dotados de sensores y articulaciones como los nuestros que ayudan a mantener nuestro equilibrio. Por su web diría que tienen un sensor (6 ejes) pero sin articulación.

 

Que los animales terrestres no sean bípedos es muy razonable ya que ellos sí andan sobre terrenos irregulares la mayor parte del tiempo por lo que necesitan toda la estabilidad que proporciona andar sobre 4 patas. Si no me equivoco las únicas aves corredoras que han sobrevivido (supongo que en algún momento las avestruces y similares intentaron vivir en las montañas) son las que viven en sabanas (terrenos muy llanos) donde no hay grandes problemas de estabilidad.

 

 

 

* Cuando hablo de rodilla me refiero a nuestra rodilla y al tobillo de las aves según el gráfico comparativo con una avestruz (3 mensajes arriba).

Editado el por APB.

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Es que tanto andar "con las rodillas dobladas" y "tener las rodillas hacia atrás" ambas cosas son funcional y biomecánicamente lo mismo.

Los avestruces, otras aves corredoras (los kiwis por ejemplo, o las mismas gallinas de corral) y el resto de los animales bípedos tienen una ventaja biomecánica sobre los humanos, y es que no se sostienen sobre apoyos verticales.

 

esqueleto-de-gallina-castellana-negra.jpg

 

 

Pero la clave es que creo que es una gran ventaja tanto si tienen las rodillas hacia atrás como si las tuvieran hacia delante. La ventaja es que sostienen su peso en suspensión, del mismo modo que todos los robots con patas

 

 

MjgwMDkyMw-690x460.jpeg

 

 

El problema de andar sobre apoyos verticales es que el choque contra el suelo lo sufren los propios huesos y las propias articulaciones, que al recibir el impacto constante son mucho más susceptibles de lesiones (en nosotros) y se traduciría en múltiples averías en robots.

 

Si se camina sobre soportes en suspensión (las patas en Z, tanto hacia delante como hacia atrás), el impacto no lo sufren las piezas de sostén del armazón (los huesos y articulaciones) sino las de transmisión (los ligamentos), que absorben el impacto y sufren muchísimo menos. Eso lo hace mucho más estable y resistente, y esa es la gran ventaja de los animales corredores bípedos sobre nosotros.

Efectivamente, incluso nosotros mismos tratamos de evitar la locomoción con soportes rectos en cuanto podemos (tanto al correr como al caminar por terreno irregular), porque la biofísica del desplazamiento nos empuja a una locomoción más eficaz. El caminar erguido es una de las soluciones evolutivas menos acertadas, más erróneas, una improvisaciön de última hora evolutivamente hablando. biggrin.gif

Todo esto es lo que están descubriendo ahora los ingenieros para los robots.

Editado el por faunus.

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Si por caminar erguido te refieres a andar con las piernas rectas creo, como decía antes, que se debe más a las normas sociales y la falta de necesidad, andamos por terrenos artificialmente llanos, que no a la evolución. Somos perfectamente capaces de andar con las rodillas ligeramente dobladas, solo que hacerlo por las calles resulta "raro", tanto para uno como para los otros, y reproductivamente poco atractivo, instintivamente buscan machos altos y fuertes y ellos hembras altas para que su descendencia sea aún más alta.

 

Si realmente te refieres a andar con el cuerpo erguido pienso que es una evolución lógica y para nada desacertada ya que nos permite el uso continuado de las manos para sostener las herramientas que tanto nos han hecho avanzar como especie.

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No, la cosa viene de mucho más atrás que las normas sociales. La prueba es que los paleoantropólogos de Atapuerca afirman que nuestros antepasados ya andaban erguidos hace medio millón de años.

Yo también creo que ese factor ayudó a ver los predadores a mayores distancias y a tener disponibles las manos, pero un avestruz también puede ver desde muy lejos y podría tener disponibles las manos (si las tuviera) sin necesidad de andar con apoyos rectos.

Por otro lado, a los lemúridos y a los simios les ha ido estupendamente disponiendo de sus manos (incluso cuatro) sin necesidad de andar sobre piernas verticales.

 

.. Somos perfectamente capaces de andar con las rodillas ligeramente dobladas, ...

No realmente, porque si nos sostenemos o caminamos con las rodillas dobladas, nuestro sistema hace que el peso lo soporten los músculos, que resulta agotador. Los verdaderos bípedos tienen el sistema locomotor soportado por los ligamentos, como decía arriba. Un ave corredora no gasta energía al mantenerse de pie, aunque tenga las patas en Z, y por eso pueden estar de pie durante horas y horas, y desplazarse con una eficacia energética mucho mayor.

Un humano no puede correr más que un par de horas seguidas, mientras que hay vertebrados que pueden correr durante cuatro, cinco o más horas de forma sostenida.

 

El paso evolutivo de andar con las piernas rectas es una adaptación a bípedo desde un aparato locomotor cuadrúpedo, y es una evolución del último millón de años, pero ese intervalo, en la escala de la evolución, es poquísimo tiempo. Es una especie de improvisación de última hora, porque todos los bípedos de la Tierra con mayor antigüedad (20 o 30 millones de años) tienen los apoyos en Z. Habla con cualquier traumatólogo como te decía más arriba, o con algún paleontólogo especializado en biología comparada, y pregúntale si es más eficaz biomecánicamente la locomoción de humanos o de avestruces.

Si todas las especies "veteranas" funcionan de un modo, y nosotros (los "recién llegados") lo hacemos de otro, es un indicio bastante claro de que en la locomoción nuestra línea evolutiva no ha elegido bien.

 

Si, en la mecánica y la locomoción, lo de los apoyos rectos fuera una buena idea, los ingenieros lo habrían adoptado en la mayoría de los robots (los que no van con ruedas), pero si todos los más viables tienen los apoyos en suspensión es bastante ilustrativo.

Yo diría que los ingenieros encargados de la locomoción han visto que unos apoyos rectos serían menos estables y más frágiles, una fuente constante de averías.

(edito por precisar mejor)

Editado el por faunus.

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Solo por seguir "discutiendo" ya que hace mucho que hemos sobrepasado mis limitados conocimientos que tenía sobre el tema.

 

He estado leyendo varios artículos por lo que pido disculpas si termino liando algunos datos.

 

Aunque los andares de las aves corredoras sean más efectivas, también lo comenté al principio, no creo que por ello se debe deducir que la evolución esté equivocada. Evolucionamos desde cuadrúpedos ya muy evolucionados y aún así mejoramos sus andares. Supongo que nuestras mejoras en otros ámbitos, el intelectual sobre todo, hizo que tampoco necesitásemos seguir mejorando nuestros andares.

 

Por lo leído la bipedación empezó hace 4 millones. Nuestra forma de andar mejoró la visión cautelar y permitía transportar objetos, algo que ya habíamos deducido. También resulta más económica energéticamente aunque más lenta que la cuadrúpeda y ahorra agua al limitar su exposición solar y alejarse del suelo.

 

También he leído, no sé dónde y me sorprende mucho, que dichos andares permiten que los hombres puedan correr durante más tiempo que los caballos sobre terreno muy irregular. Será que se piensan que todos somos como Kilian Jornet ;) .

 

Comparando los andares con nuestros primos monos, la pérdida del pulgar prensil en los pies por su cambio de posición y otras pequeñas variaciones permitió a nuestros antepasados andar durante mucho más tiempo por las sabanas.

 

Que la mayoría de las patas de los robots sea de una determinada forma imagino que se debe a que los ingenieros aún están aprendiendo cómo hacerlos andar y, inteligentemente por su parte, prueban con las diferentes versiones que ven en la naturaleza. En el último probaron con ruedas y, cuando lo inventen, les pondrán un deslizador antigravitatorio. Cuando hayan probado todas las formas conocidas y creado algunas nuevas terminaran decidiendo con cual o cuales se quedan.

Editado el por APB.

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Un humano no puede correr más que un par de horas seguidas, mientras que hay vertebrados que pueden correr durante cuatro, cinco o más horas de forma sostenida.

Bueno, eso es bastante matizable.

Como todo, depende del entrenamiento o la necesidad :)

Los ultrafondistas se pueden pegar corriendo durante muchas horas, y recorrer distancias superiores a los 100 Km de una tacada campo a través. Hay carreras que son auténticas barbaridades, y la gente las hace y las termina. :blink:

 

Según he leído alguna vez, los humanos tenemos la capacidad de recorrer grandes distancias andando y de almacenar energía (en forma de michelines de grasa) para aguantar largo tiempo sin alimentación aceptable, amén de que podemos comer casi cualquier cosa.

 

Otra cosa es que no hagamos uso de esas facultades porque no las necesitamos en el día a día, pero estar, están ahí si las entrenamos.

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El caminar erguido es una de las soluciones evolutivas menos acertadas, más erróneas, una improvisaciön de última hora evolutivamente hablando. biggrin.gif

Bueno, aceptando que la evolución funciona mediante el mecanismo de selección natural, diríase simplemente que la solución adoptada es la mejor de las disponibles para ocupar un determinado nicho ecológico. La evolución nunca "falla", por definición. La ventaja de un ingeniero humano es que puede partir "from the scratch" y no es esclavo de la historia.

 

Y, metidos en evoluciones, una offtopic "antropófugo" de un biólogo pedante: no existen organismos vivos más o menos evolucionados. Todos tenemos un antepasado común y la evolución de cada especie lleva en marcha los mismos 3.700 millones de años (o los que sean -panespermia y tal- :D ) Otra cosa es que determinadas adaptaciones al medio sean más o menos modernas, pero eso no las convierte en "más evolucionadas".

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Para APB:

Curiosamente, has dado con todas las claves que me faltaban por decir laugh.gif .

Nuestra locomoción, a pesar de los defectos que cité antes (que el peso y el impacto lo absorben las articulaciones) tiene unas claras ventajas sobre otros:

Sobre los cuadrúpedos, tiene obviamente que permite ver desde más lejos y que deja libres las manos. Sobre cuadrúmanos, nuestros primos, la ventaja de poder avanzar largas distancias sobre el suelo, pues la mayoría de ellos son o eran arborícolas.

Pero la mayor ventaja sobre todos (tanto cuadrúpedos como bípedos) es que nuestro caminar es menos efectivo pero más adaptable. Es menos adecuado para correr, más frágil al absorber impacto del paso, menos estable... pero mucho más flexible para una gran variación de terrenos (un avestruz no puede escalar rocas, un lobo no puede subir a los árboles y un chimpancé no puede correr dos horas).

- La rotación de nuestra cabeza del fémur permite movernos en cualquier medio: andar, correr, trepar, gatear, nadar y bucear.

- A pesar de ser animales de sabana, conservamos la capacidad de braquiación (rotación del húmero y girar los brazos hacia atrás), que no tiene casi ningún cuadrúpedo.

 

Nuestro sistema de locomoción no es el mejor en nada, pero es adaptable a todo. Eso es lo que nos ha permitido seguir vivos.

Y, por supuesto, nuestra capacidad de modificar el entorno hace que tampoco dependamos tanto de nuestra eficacia de locomoción.

 

Para Jorge:

Está claro que hay ejemplos de gente que hace proezas, pero no son ilustrativos de una especie. Los que pueden correr así lo consiguen con entrenamientos extremadamente intensivos, pero para el baremo comparativo se debe tomar un individuo medio. Un ultrafondista puede correr barbaridades, pero es la excepción, un caso extremo. En cambio, lo que pueden hacer los antílopes o avestruces se entiende que lo puede hacer cualquier individuo sano medio.

 

Para Mock:

Es cierto que la evolución no falla por definición, es más bien como dices, que la solución es la mejor elección partiendo de lo que hay para cubrir un hueco. Y no hemos tenido demasiado tiempo. Lo de una "mala" solución es como si un delfín tuviera que adaptarse a la alta montaña en apenas un par de millones de años.

 

Realmente, no dije "más o menos evolucionados", sino con más o menos antigüedad. Aunque todos tengamos un antepasado común, un género/familia/especie es más o menos antiguo según cuándo se descubre que se diferenció del resto.

Todo el género homo (y dentro de él, nuestra especie) tiene como 2,5 mill. de años, somos recién llegados en la evolución.

El grupo de los avestruces es mucho más antiguo pues evolucionó hace unos 80 m.a. (según la wiki), mientras que las hormigas son muchísimo más antiguas, pues evolucionaron hace unos 120 m.a. (otra cita). Si una forma biológica ha permanecido casi sin cambios desde hace más de 100 m. de a., es que su adaptación ha sido un estruendoso éxito.

 

Sobre los robots, que es el hilo:

Los ingenieros claramente pueden cambiar mucho o poco un diseño en cualquier momento, pues no tienen el problema de la inercia evolutiva (partir de lo que hay). Por ello, están probando simultáneamente muchos sistemas de locomoción, basándose en estructuras existentes o imaginando otras nuevas. Pero que ninguno se base en soportes rectos (todos los modelos recientes tienen las patas/piernas dobladas) es muy sintomático.

 

La locomoción sobre soportes rectos (la nuestra) es bastante flexible y adaptable, pero no es muy estable ni resistente. No obstante, dado que era una adaptación evolutiva a partir de cuadrúmanos, para los robots pueden diseñar estructuras completamente alejadas de ella, para que tengan todas las ventajas: sean muy estables, eficaces, menos susceptibles a averías, pero al mismo tiempo también flexibles y adaptables a diferentes terrenos.

Me imagino que la mejor solución será una combinación de patas en Z y ruedas, plegando y desplegando partes, para elegir el sistema según la superficie. Incluso con patas/ganchos/manos/ruedas accesorias retráctiles para situaciones especiales o imprevistos.

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Aunque no recuerdo cómo eran exactamente los pies de los diferentes robots y, por tanto, puedo equivocarme en mi opinión los ingenieros usan las piernas dobladas para evitar la complicación de articular un pie. Al no ser ingeniero no puedo asegurarlo pero pienso que sin un pie articulado no se puede andar con las piernas rectas. Usando las piernas dobladas solo necesitan un punto de goma (para los cuadrúpedos o más) o una superficie plana con una articulación para unirse a la pata (para los bípedos). Las ruedas es una innovación aunque los hace muy inestables cuando están parados.

Editado el por APB.

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Bueno, viendo el Handle, el robot citado en el mensaje 118, este de aquí, no parece que tenga ningún problema en parar o girar con toda la facilidad del mundo, debe tener buenos giróscopos.

Yo diría que para asegurar la estabilidad, bastaría que tuviera tres ruedas. El apoyo a tres puntas puede ser muy estable, y con esa movilidad y ese sentido del equilibrio (se inclina al girar, para compensar la inercia de giro o "fuerza centrífuga", tiene programado el concepto de "posición fija", es alucinante) puede tirar por donde sea.

Cuando se desplazan con ruedas, una vez vi un mecanismo para que un robot suba escaleras que consistía en una combinación de varias ruedas en secuencia, parecido a lo de los carros de la compra. A ver si encuentro alguna imagen o video y lo enlazo.

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Pero si tiene tres ruedas deja de ser bípedo :D. Si desde nuestra "ignorancia" vemos problemas y sus posibles soluciones, en el hilo hemos comentado algunos, seguro que los ingenieros también las evaluaron.

 

Los movimientos del Handle y la estabilidad que consigue con ellos son espectaculares y no les hubiera costado solucionar esos pequeños problemas que le vemos pero se empeñaron en querer hacerlo con las mínimas articulaciones posibles, según sus propias palabras, para que tuviera una programación y manejo más sencillo. Como últimamente parece que se dedican a crear prototipos orientados a mostrar y avanzar en sus posibilidades en lugar de dotarlos para un uso real, no les debió importar.

Editado el por APB.

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Este tema está más de actualidad que nunca.

Cuando empezamos a hablar de esto por aquí hace ya bastantes años, el tema era totalmente friki y no estaba en ningún medio de comunicación... pero han ido pasando los años, y desde el año pasado ya he leído unos cuantos artículo en periódicos generalistas sobre este tema, su problemática, y sus prosibles soluciones... lo que significa que está en la agenda.

Además hay opiniones de "expertos" para todos los gustos, desde quienes dicen que el trabajo va a aumentar (solo que serán puestos de alta cualificación) hasta los que dicen todo lo contrario e incluso hablan de distopías. A estos últimos no se les da la misma visibilidad, por cierto. Supongo que el pesimismo mejor dejarlo a un lado. Por si acaso.

Yo sigo sin verlo nada claro. Es un tema muy complejo, como demuestra este mismo hilo, y se tiende a simplificar casi con frivolidad. ¿Qué pasará con toda esa gente sin cualificación que se vaya a la calle? ¿Cómo se supone que se reconvertirán a los nuevos tipos de demanda, si es que realmente aumentan? Y esto es sólo la puntita...

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Hombre, Jorge, cuanto gusto de volver a "verte"!!

Tienes más razón que un santo, porque ahora la gente se está empezando a dar cuenta de que los robots pueden trabajar de verdad en algo útil, aparte de salir en documentales los domingos por la tarde, y claro, pues hablan y se cuestionan cosas más seriamente. 

Muchos de los robots que comentamos en este hilo son prácticamente funcionales, y en algunos sitios ya desde hace tiempo, así que un robot cumpliendo un trabajo real de forma autónoma ya apenas es para que salga en las noticias. 

Recuerdo que había otro hilo paralelo a este sobre las implicaciones económicas de una sociedad basada en robots, era este de aquí. (lo de instaurar una renta básica y tal, cambios en el concepto social del trabajo, etc.). Si os mola y a los moderadores les parece, podemos comentar en el presente hilo los aspectos técnicos del tema de robots y en el otro los aspectos económicos. O algo así.   

Por ejemplo, cada vez se comentan más casos de empresas con robots para tareas rutinarias y de mantenimiento, movimiento de carga, almacenaje, etc. Hace poco, por aquí mismo. Aunque en este mezclan un poco el concepto de robot autónomo (autosuficiente, que toma decisiones y puede actuar en algunos imprevistos. Ejemplo: un robot albañil en Marte) con el de autómata (robot limitado, que siempre hace una sola cosa y no puede salirse de esa función concreta. Ejemplo: el robot de una cadena de montaje). 

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