El Cerebro del Robot

Por: Oscar Toledo Esteva

Fragmento de la conferencia para el CBTIS #91, efectuada el día 30 de mayo del 2005 en Ciudad Ixtepec, Oaxaca.


Conferencia en Ciudad Ixtepec, Oaxaca
La vida evoluciona y las cosas no suceden de la noche a la mañana. Nuestra experiencia y destreza de 35 años, han generado nuevos conocimientos científicos con aplicaciones prácticas, los cuales compartimos con la comunidad, para comprender la nueva economía derivada de las nuevas tecnologías, que se desarrollan en nuestro departamento de investigación aplicada, la información en combinación con la gente, hace que las grandes cosas sucedan.

Desde tiempos inmemoriales, el hombre ha pretendido fabricar máquinas a su imagen y semejanza, llegando incluso a concebir autómatas que se parecen vagamente a un ser humano, pero aún en la actualidad, no es posible diseñar una mano cibernética con la sensibilidad de un ser humano para que un robot sea capaz de abrocharse las agujetas, ni tener inteligencia artificial con posibilidad de razonar.

Con el desarrollo de los microchips ya es posible la existencia de máquinas que podemos etiquetar como robots llamativos, aunque se necesitan otros progresos técnicos para que sean realmente útiles, tales como: movilidad, equilibrio, manos hábiles como los seres humanos, diversos transductores táctiles, visión de reconocimiento, oído y una facultad para tomar decisiones cercanas a las de los seres humanos, lo cual no es fácil ni imposible, con nuestros adelantos nanotecnológicos tenemos la esperanza de lograr que estas cualidades puedan ser desarrolladas en nuestro laboratorio.

Diseñar el corazón de un robot es una tarea desafiante y divertida, un trabajo que demanda crear un sistema microelectrónico minúsculo y de bajo consumo de energía, con una excelente capacidad de proceso, una buena cantidad de entradas/salidas programables para los transductores, y suficiente memoria programable como para que no sea un juguete, como tienden a ser los resultados limitados de los microcontroladores. Después de analizar diversos microprocesadores, la Familia Toledo se decidió por uno a la medida.

La información se ha convertido en un producto valioso, que un departamento de investigación científica está obligado a conseguir, con estas documentaciones técnicas se originó un plan y una contemplación que a la larga dió los resultados esperados en la práctica. Después de trazar un boceto previo del sistema, se seleccionaron los componentes adecuados para el objetivo, se escogieron piezas para montaje de superficie (SMD) de diversos fabricantes para mantener el sistema dentro de los límites requeridos. Una vez que el proyecto tomó forma, se comenzó a delinear el circuito impreso utilizando la plataforma G11 y su excelente software de ingeniería.

El circuito impreso fue dibujado en dos capas para los componentes de montaje de superficie, con patillas separadas por fracciones de milímetro, la precisión se hizo notar en todos los aspectos, el proyecto fue impreso a 4 veces del tamaño real, y revisado docenas de veces para garantizar la exactitud de las conexiones. Se crearon nuevos patrones de componentes para las librerías de nuestro programa de circuitos impresos, utilizando una facilidad exclusiva de nuestro software, que permite establecer islas precisas para las patillas de los componentes, proporcionando únicamente las medidas milimétricas del fabricante. Estas nuevas piezas enriquecieron las librerías de nuestro software y seguramente se reutilizarán en futuros diseños.

Una vez fabricado el circuito impreso, proseguimos con el montaje de las piezas, utilizamos un cautín de temperatura graduable con puntas especiales intercambiables, para evitar que una falla en la soldadura ocasionara la unión casi invisible entre dos patas, una burbuja de aire que hiciera un falso contacto, o una fractura en el componente, cualquiera de estos resultaría en defectos que serían laboriosos de depurar.

Cuando se construyen prototipos, por necesidad y rapidez se alambran a mano, si el tiempo lo permite se crean circuitos impresos especiales debido a los componentes de montaje de superficie, esto es válido aunque se utilice una sola pieza. En un sistema de fabricación automatizada hay una cadena de montaje, donde cada circuito impreso pasa por un inyector que lo impregna con una solución pegajosa, después un brazo robótico coloca todos los componentes en el lugar predeterminado, otra parte de la máquina solda por ola de soldadura todos los componentes y finalmente se limpia la tableta terminada, lista para ser probada en una máquina de enlace, para después ser empacada y enviada a su destino final, sin ninguna intervención humana. A pesar nuestro, no hay en el mundo una maquiladora con mano de obra barata, que pueda competir con estos montajes automatizados.

Una vez colocados y soldados todos los componentes del microsistema prototipo, se prosiguió a la primera prueba, en este punto fue necesario escribir un software en nuestra computadora G6 para interfazar con el enlace primitivo del microprocesador, y descargar las primeras instrucciones.

Las pruebas fueron todo un éxito, y en menos de 24 horas se consiguió una respuesta positiva del microprocesador, señal de que más del 90% del sistema funcionaba. Es en este momento cuando toda la tensión se deshace en el aire, y el investigador se puede tomar un respiro, para planear el siguiente paso.

Una vez experimentado el nuevo sistema con diversos programas de comprobación, para asegurar puntos dudosos de la documentación de los fabricantes, se ensayó la programación de la memoria residente, afortunadamente con la experiencia que dan los años de práctica, previamente se realizaron varios intentos hasta que se consiguió programar un solo byte, hecho esto, fue fácil escribir las rutinas básicas para limpiar toda la memoria e insertar un programa para hacer parpadear una lampara de ensayo.

Microsistema v1.3 con LCD gráfico
Microsistema v1.3 con lenguaje gráfico, para los cerebros de los robots, alarmas con GPS, laptop, teléfono celular, Palm, o computadoras integradas en la ropa. Un sistema autónomo con LCD gráfico, teclado PC y puerta serial, memorias programables, macroensamblador, compiladores e intérpretes. Muchos megabytes en 43x49 milímetros, funciona con baterías comunes, además juega ajedrez.

El objetivo estaba cumplido, el microsistema en su primera versión mide 43x49 milímetros, ahora venía lo más creativo y divertido, idear interfaces para darle una utilidad más amplia. El primero de estos interfaces fue una puerta serial RS-232C, que permite la comunicación con cualquier computadora, en pocos días, con ayuda de nuestra computadora G11, adaptamos nuestro macroensamblador cruzado al microprocesador del microsistema, y se creó un monitor de desarrollo para actualizar la memoria residente, todo este software se descargó por primera y única vez desde nuestra computadora G6, que a partir de ese momento se desligó umbilicalmente del nuevo microsistema.

A partir de entonces el microsistema se volvió autónomo, con su propio monitor y lenguaje, capaz de comunicarse con cualquier computadora equipada con una terminal de comunicaciones, para listar, guardar y ejecutar programas, así como actualizar su memoria.

Es aparatoso tener que utilizar una computadora de mesa para manejar algo tan pequeño, del tope de los objetivos se creó una interfaz para dialogar con un teclado tipo PS/2, gracias a nuestros desarrollos previos, la implementación resultó relativamente rápida al escribir el software necesario, también la puerta serial cambió de función para manejar un display flourescente de 2 líneas por 20 caracteres, y con el monitor de desarrollo adecuadamente adaptado, el microsistema ya no requería una computadora para operar.

No obstante, la inventiva nunca descansa y menos aún cuando las cosas progresan tan favorablemente. Un visualizador de cristal líquido con gráficas que estaba almacenado en nuestra bodega de componentes, fue sacado de su letargo para ser interfazado al microsistema, con características interesantes tales como visualización gráfica de 128x64 pixeles, con puntos blancos y fondo azul, cómodo a la vista del ojo humano, y con una luz integrada que permite trabajar en lugares sin iluminación.

Para implementar el cristal líquido gráfico tuvimos que esperar unos días, mientras preparábamos un nuevo circuito impreso para el cristal líquido, éste tenía patillas de ½ milímetro de separación y requería un conector especial, difícil de alambrar a mano, a continuación diseñamos un elevador de voltaje para ofrecer el mejor contraste posible, y creamos una interface de prueba con la computadora del Curso Fase I, después de una breve batalla, el LCD rindió sus secretos, y comenzamos a dibujar gráficas y texto, incluyendo ecuaciones para ilustrar los pixeles.

Al comprobar su funcionamiento, nos dimos a la tarea de integrar el LCD al microsistema, esto requirió volver a cablear la interfaz para conseguir activarlo, en una tarde reinventamos nuevamente el software para utilizar el cristal líquido, construimos un conjunto de caracteres, y al iniciar el sistema aparece orgullosamente el gráfico del logotipo de la organización Familia Toledo.

Sería más cómodo si todas las piezas que se requirieron para construir este microsistema pudieran conseguirse en cualquier tienda de componentes electrónicos, pero no fue así, la organización Familia Toledo realizó una considerable inversión para importar materiales de todo tipo, de todos los rincones del planeta, desde microprocesadores de diversas anchuras de bits, hasta componentes que en ocasiones solo miden algunos milímetros de longitud y cuestan centavos de dólar, y sin embargo no se consiguen en nuestro país.

El reducido peso y tamaño del microsistema facilita colocarlo dentro de una prenda de vestir, o en la mecánica de un robot compuesto por servomotores o motores paso a paso, para servir no solamente como el cerebro sino como el corazón del robot, la parte esencial para un robot inteligente, no como los construídos por los aficionados, pesados y que consumen mucha batería, que solamente llegan a realizar una mecánica monótona que da vueltas de un lado a otro, se detiene un momento y repite el ciclo continuamente.

Por otra parte, la elevada potencia de proceso ofrecida por este microsistema, con sus instrucciones para DSP o Procesamiento de Señales Digitales, son ideales para manejar giroscopios, reconocimiento de voz o proceso de imagenes.

La experiencia y el conocimiento de la Organización Familia Toledo permiten que un desarrollo como este no se quede simplemente como una monería más en un laboratorio, inmediatamente fue apoyado con monitores de desarrollo, macroensambladores, intérpretes y compiladores de lenguajes de alto nivel, que hemos creado con anticipación en otras plataformas, ya que nuestro software es interoperable con los últimos avances que estamos desarrollando.

Una vez que el prototipo estuvo expuesto en nuestra mesa de laboratorio, el siguiente paso era colocarlo en una caja adecuada para evitar que las descargas electrostáticas dieran paso a fallas técnicas, por sus dimensiones reducidas ocupó un espacio en una caja de plástico rectángular que fue su hogar temporal, más tarde cambió a un empaque transparente en forma de corazón, que alguna vez contuvo chocolates, donde sobra espacio hasta para colocar sus baterías y su display gráfico, como el corazón y el cerebro de un robot.

Cuando llega el momento del ocio, la mente descansa para que bullan nuevas ideas, y que mejor forma de hacerlo, que integrar un juego de ajedrez en el microsistema, el cual muestra gráficamente el tablero del juego de reyes por excelencia, y desafía al jugador con un algoritmo ingenioso, evolución de los programas de ajedrez que producimos anteriormente.

Con la innovación, llegamos por ahora al microsistema en su versión 1.3, el mejor premio a nuestra constancia y destreza, que será enriquecido aún más con otros periféricos y paquetes de software, para continuar confortablemente nuestra investigación tecnológica.

Con más producción de interfaces, podría servir como teléfono celular con agenda, calendario, diccionario, reproductor de MP3, GPS, organizador electrónico o incluso conectarse a Internet. Una pantalla LCD grande a color, junto a la adaptación de diversos software que la Familia Toledo ha desarrollado, tales como el novedoso Sistema Operativo Fénix y el Navegador Biyubi, fácilmente lo convierten en una laptop capaz de navegar en la red Internet, a un precio que todo mundo quiere, aunque todavía no sabemos quién pagaría los millones de dólares en patentes.

¿Qué más se puede lograr?, en el mundo embrujador de la alta tecnología, el límite está en las fronteras del pensamiento humano, nadie las ha alcanzado aún, tal vez seamos los primeros.

 

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