¿Qué es la Cibernética?
La cibernética es el estudio interdisciplinario de la estructura de los sistemas reguladores. En otras palabras, es la ciencia que estudia los flujos de energía, estrechamente vinculados a la teoría de control y a la teoría de sistemas.
Pionero Mexicano en Cibernética
Arturo Rosenblueth Stearns (2 de octubre de 1900, Ciudad Guerrero, Chihuahua – 20 de septiembre de 1970, Ciudad de México) fue un investigador, médico y fisiólogo mexicano, considerado como uno de los pioneros de la cibernética.
Aplicaciones de la Cibernética
Algunos de los campos en los que la cibernética tiene, o puede tener en el futuro, importantes aplicaciones prácticas, son:
- Prótesis
- Construcción de robots
- Inteligencia Artificial (IA)
- Robótica
- Biónica
Ventajas y Desventajas de la Cibernética
Ventajas
- Reducción de las jornadas laborales: los trabajos complejos o rutinarios pasarían a ser realizados por las máquinas.
- Gran aporte al campo medicinal.
- Un conocimiento mayor de cómo funcionan los sistemas complejos podría llevar a la solución de problemas igualmente complejos, como la criminalidad en las grandes ciudades.
Desventajas
- La creación de máquinas complejas que reemplacen a los trabajadores provocaría un recorte de personal.
- En un futuro, podría haber una tendencia a no ocupar personal de edad avanzada, contratando técnicos jóvenes para el mantenimiento de las máquinas.
- Es una tecnología muy potente, pero su gran limitación es encontrar la relación máquina-sistema nervioso, ya que para esto se debería conocer el sistema nervioso perfectamente.
Fundadores y Origen
El Padre de la Cibernética
Norbert Wiener creó la cibernética en 1948. Wiener (Columbia (Missouri, EE. UU.), 1894 – Estocolmo (Suecia), 1964) fue un matemático y científico estadounidense. Es considerado el Padre de la Cibernética, término que apareció por primera vez en su libro “Cibernética o el control y comunicación en animales y máquinas”.
Etimología de la Cibernética
Si atendemos a la etimología de la palabra, el vocablo “cibernética” toma su origen de la voz griega kybernetes (“piloto”) y kybernes, concepto referido al arte de gobernar. Esta palabra alude a la función del cerebro con respecto a las máquinas. La cibernética es la ciencia de la comunicación y el control.
Principal Dificultad de la Cibernética
Es muy delicado encontrar una relación entre el funcionamiento de una máquina y el de un órgano. La dificultad aumenta cuando se dirige a las contexturas nerviosas superiores, ya que a este nivel no existe ninguna máquina similar.
Aplicación Práctica: Prótesis Biónicas
Definición de la Prótesis
¿Qué es?
Es una prótesis diseñada con sistemas tecnológicos de última generación que permiten imitar los movimientos naturales del sistema musculoesquelético de los seres humanos.
Costo Estimado
Un brazo en impresión 3D, netamente mecánico y limitado al cierre y apertura de la mano, cuesta de 2,000 a 5,000 dólares. Las prótesis más avanzadas se encuentran en un rango de 20,000 a 50,000 dólares, dependiendo del material, la funcionalidad y la estética.
Historia de las Prótesis Biónicas
Los primeros en crear una prótesis fueron los egipcios, pero era únicamente estética, sin movimiento, para que el usuario se sintiera completo. Johnny Matheny fue el primero en recibir una prótesis robótica avanzada en enero de 2015.
Características
- Incremento del margen de movimientos.
- Ofrecen gran independencia.
- El brazo es modular y se puede ajustar dependiendo de la cantidad de brazo amputado.
- Utiliza energía eléctrica generada en el músculo de la amputación.
- Son fabricadas de poliuretano con el fin de garantizar ligereza y estabilidad.
Requisitos para la Colocación y Uso
- Antes de colocarla, se requieren análisis previos (sangre, radiografía, etc.).
- Mantener la prótesis limpia y darle mantenimiento.
- Se debe recargar la batería.
Funcionamiento
Utiliza los pulsos eléctricos originados en el cerebro que viajan hasta el músculo y los traduce en movimiento.
Ventajas de la Prótesis
- Ofrecen autonomía al usuario.
- Recupera gran parte de la movilidad.
- No requiere sistemas adicionales.
- Mejora la apariencia física.
- Aporta seguridad al usuario.
- Desaparece el dolor fantasma.
Desventajas de la Prótesis
- Demasiado costosas.
- No devuelve el tacto.
- Requiere mantenimiento constante.
- Requiere carga.
- Tiene un marco de aprendizaje.
- Requiere análisis clínicos previos.
Teoría de Sistemas
Definición de Sistema
Un sistema es un conjunto de elementos cuyas partes están relacionadas entre sí para lograr un objetivo.
Elementos Fundamentales de un Sistema
- Entrada, Insumo o Impulso: La fuerza de arranque del sistema que provee energía para su operación.
- Procesamiento, Procesador o Transformador: El fenómeno que produce cambios, el mecanismo de conversión de las entradas en salidas o resultados. A menudo es presentado como una “caja negra”.
- Salida, Producto o Resultado: La finalidad para la cual se reunieron los elementos y relaciones del sistema.
- Retroacción, Retroalimentación o Retroinformación: Una función de retorno del sistema que tiende a comparar la salida con un criterio preestablecido.
- Ambiente: Es el medio que envuelve externamente al sistema.
Ejemplo de Sistema: Cajero Automático
- Entrada:
- Dinero, tarjeta, NIP, ID.
- Proceso:
- Depósitos, retiros, consultas, transferencias.
- Salida:
- Dinero, tarjeta, ticket (recibo), correo electrónico.
- Retroalimentación:
- Realizar otra operación, corrección de errores, problemas con el dinero o tarjetas, datos incorrectos, introducción incorrecta de billetes.
Sistemas de Control y su Relación con la Cibernética
Definición de Sistemas de Control
Un sistema de control es una configuración de componentes físicos conectados de tal manera que la configuración se puede comandar, dirigir o regular a sí misma o a otro sistema.
La cibernética estudia la teoría de los sistemas de control basada en la comunicación entre sistemas y el medio ambiente, o internamente en el sistema, y el control del funcionamiento del sistema.
En la obra “Cibernética y Sociedad como aplicación en la teoría de los mecanismos de control”, un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un modo conveniente para su supervivencia.
Ejemplos Comunes de Sistemas de Control
- Sistema automático que enciende la bomba del agua en el hogar.
- Sistema de control de crucero en los vehículos que mantiene una velocidad fija.
- Sistemas de control de temperatura (como el termostato o el climatizador automático).
Preguntas Frecuentes sobre Sistemas de Control
- ¿Cuál es la definición de un sistema de control?
- Es un conjunto de elementos que permiten automatizar una máquina o proceso.
- ¿Cómo se relaciona la cibernética con los sistemas de control?
- La cibernética estudia la teoría de los sistemas de control basada en la comunicación entre el sistema y el medio ambiente, y en el control del funcionamiento del sistema.
- Mencione 3 ejemplos de sistemas de control:
- Dirección asistida de un automóvil.
- Control de temperatura de un camión (fan clutch).
- Control de temperatura de un horno.
- ¿Cuáles son sus elementos?
- Proceso, sensores, actuadores y controlador.
- ¿Qué tipos de sistemas de control existen?
- Lazo abierto y lazo cerrado.
Tipos de Sistemas de Control
Sistema de Lazo Abierto
- ¿Qué son y para qué se usan?
- Se utilizan para realizar labores sencillas.
- Características:
- No disponen de sensores que reciban información del proceso.
- Operan bajo condiciones prefijadas e invariables en el proceso.
- Ejemplos:
- Semáforo
- Lavadora (ciclo temporizado)
- Riego automático (temporizado)
Sistema de Lazo Cerrado (Retroalimentado)
- ¿Qué son y para qué sirven?
- Realizan labores más complejas, ya que ajustan su funcionamiento basándose en la salida.
- Características:
- Disponen de uno o más sensores que reciben información (retroalimentación).
- El controlador ajusta el funcionamiento del sistema a partir de la información que recibe.
- Ejemplos:
- Cisterna del inodoro
- Puerta automática
- Calefactor doméstico (termostato)
Modelos en Cibernética y Sistemas
Definición de Modelo
Un modelo es una simplificación que imita fenómenos del mundo real, de modo que se puedan comprender las situaciones complejas y se puedan hacer predicciones.
Tipos de Modelos
Los modelos pueden clasificarse de diversas maneras, incluyendo:
- Matemáticos
- Digitales
- De Simulación
- Numéricos
- Naturales
- Híbridos
- Gráficos
- Artificiales
- Analógicos
Definiciones de Modelos Específicos
- Modelos Gráficos:
- Se usan diagramas en los que se dibujan de forma simplificada los componentes del sistema, señalando con flechas las acciones sobre otros componentes.
- Modelos Numéricos:
- Utilizan magnitudes y ecuaciones matemáticas.
- Modelos de Simulación:
- El desarrollo de computadoras ha hecho posible manejar gran cantidad de datos, por lo que son cada vez más utilizados.
- Modelos Naturales y Artificiales:
- Un sistema es natural cuando existe sin que intervenga la mano del hombre en su origen. Un sistema es artificial cuando interviene en él la mano del hombre.
- Modelos Digitales:
- Están codificados por cifras, lo que permite su tratamiento por medios informáticos.
- Modelos Híbridos:
- Son una respuesta a la necesidad de integrar los modelos dinámicos de subsistemas de diferentes naturalezas.
- Modelos Matemáticos:
- Se utilizan fórmulas matemáticas para expresar relaciones y proposiciones sustantivas de hechos.