¿Qué es la microbótica?
Se denomina así a la construcción de pequeños dispositivos electrónicos (microbots) con capacidad de interactuar y realizar operaciones relativamente inteligentes.
Algunas de las tareas más comúnmente realizadas por los microbots son las siguientes:
- Vigilar/Patrullar una determinada área.
- Transportar/Situar elementos entre dos posiciones.
- Inspeccionar área de difícil acceso o peligrosas para el ser humano.
VIDEO TUTORIAL EXPLICANDO LA MICROBÓTICA
Profesor Ángel Aguinaga Master de Programación CIPSA Bilbao
Existen multitud de microbots con diferentes formas y diseños según su propósito:
Características de los microbots
Las principales características de los microbots son:
- Tamaño relativamente pequeño
- Bajo requerimiento de energía alimentados mediante baterías
- Diseño y montaje relativamente sencillo y económico
Componentes de un microbot
Para su diseño y construcción se emplean multitud de componentes electrónicos la mayoría de los cuales son pequeños, sencillos y relativamente económicos.
Estos pueden agruparse no obstante en las siguientes categorías:
Sensores
Los sensores son dispositivos empleados para recibir datos sobre el medio en el que se encuentra el microbot. Estos permiten tomar diferentes tipos de mediciones tales como:
- Orientación
- Luz
- Ruido
- Movimiento
- Presión
- Temperatura
- Humedad
- Captura de imágenes
En todos los casos estos dispositivos facilitan información al microbot que necesita para realizar su tarea adecuadamente.
Actuadores
Los actuadores son dispositivos empleados para permitir el movimiento y la interacción mecánica del microbot con otros dispositivos.
Placa de prueba con diferentes actuadores conectados.
Los actuadores suelen ser habitualmente motores que generan movimiento de distintos tipos como lineal, paso a paso, o rotaciones de determinado ángulo. También existen dispositivos capaces de generar calor o abrir y cerrar conducciones tales como calefactores, bombas, válvulas de paso, compresores…, etc.
Controles
Los dispositivos de control son aquellos que permiten dar órdenes al microbot así como examinar su estado. Estos componentes pueden ser tan sencillos como un LED que indique si el microbot está encendido o apagado, y un interruptor o pulsador para activarlo.
De este tipo son otros dispositivos tales como teclados, joysticks, pantallas LCD que permiten controlar y ver el estado del microbot y sus funciones.
Placa de prueba con regulador y display conectados
Comunicaciones
Los dispositivos de comunicaciones permiten que los microbots que se comuniquen con otros dispositivos tales como ordenadores o incluso otros microbots.
Estos dispositivos permiten la transmisión y recepción de datos a través de diferentes medios:
- RF ( radiofrecuencia )
- Wifi
- Bluetooth
- IR ( infrarrojos )
- 4G / 5G ( red de telefonía móvil )
Las características distintivas de estos dispositivos son la distancia y la tasa de transferencia de datos permitidas según la tecnología empleada.
Una de las grandes ventajas de la incorporación de dispositivo de comunicaciones es que permite el trabajo colaborativo. Esto aumenta la capacidad de trabajo de cada microbot e incluso permite la realización de tareas complejas de manera coordinada.
Microcontroladores
Un microcontrolador es un circuito integrado cuyo propósito es el control de otros dispositivos mediante sus entradas y salidas.
Para ello, el microcontrolador ejecuta un programa cargado en su memoria ROM que se encarga de leer los datos recibidos por sus puertos de entrada, realizar las operaciones lógicas y cálculos necesarios mediante su CPU y la memoria RAM, y generar como resultado las señales de control correspondientes para sus puertos de salida ( I/O PORTS ).
En el esquema de funcionamiento del microbot, el microcontrolador es el cerebro que permite al microbot realizar su tarea ejecutando el programa que gestiona los diferentes dispositivos.
Microcontroladores vs. Microprocesadores
No debe confundirse el concepto de microcontrolador con microprocesador.
Los microcontroladores se caracterizan por tener todos los componentes requeridos para su funcionamiento integrados dentro del propio circuito integrado. Es por ello que sus recursos tales como la cantidad de memoria ROM/RAM disponible son limitados, así como su potencia.
Placa de proyecto Arduino con Microcontrolador Atmega.
Los microprocesadores sin embargo dependen de una gran cantidad de circuitos externos para funcionar integrados en placas base con mayor número de componentes, pero disponen de mayor potencia y recursos de memoria mayores que los microcontroladores.
Diagrama de placa base MiniATX para microprocesadores
Placas de prueba
Actualmente existen en el mercado diferentes placas de prueba que podemos emplear como base para construir microbots.
Arduino
Una de las placas más ampliamente empleadas es Arduino. Este es el nombre de un proyecto libre responsable del desarrollo de diferentes modelos de placas caracterizadas por su bajo coste y sencillo manejo:
- Conectores de entrada/salida digital
- Conectores de entradas analógicas.
- Conectores externos de alimentación
Todas las placas Arduino se caracterizan por emplear microcontroladores Atmel que pueden programarse en C++.
Vista del Arduino IDE para programar en Arduino con C++
Existen muchos modelos distintos que se diferencian básicamente por:
- Microcontrolador: Esto determina el tamaño y complejidad del programa que puede instalarse y ejecutar.
- Número de entradas y salidas: Esto determina la cantidad de dispositivos que es capaz de manejar la placa directamente.
Algunos modelos de Arduino llevan integrados componentes adicionales tales como dispositivos de comunicación Wifi, botones o joysticks, pequeñas pantallas LCD.
Micro:Bit
Esta es otra placa de desarrollo muy empleada sobre todo para fines didácticos.
Placa de desarrollo Micro:Bit original
Esta placa fue desarrollada por la BBC destinada a la enseñanza en Reino Unido, e integra una serie de componentes de serie tales como botones, leds y pulsadores. Puede programarse empleando Python o programación visual basada en bloques con Microsoft MakeCode.
Herramientas de programación para micro:bit para Python y Código de bloques.