Monografía Robótica e Inteligencia Artificial

CICLO II

Robótica e Inteligencia Artificial, Medio de desarrollo para el Mundo Monografía Presentada Como Trabajo Final de la Asignatura de Comunicación II Docente Asesor: María Alcalde Mosqueira Autores: 

Castilla Castillo Nicanor

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Quiroz Vera Bryant

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Ramírez Meneses Marco

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Sánchez Castromonte Jean

Sábado, 03 de Julio de 2010

ÍNDICE INTRODUCCIÓN CAPÍTULO1: LA ROBÓTICA 1.1.- Definición………………………………...…………………..……………………4 1.2.- Robots…………………………………………………………………….............4 .............4 1.2.1. Tipos……………………………………………………...….……..……....6 ....6 1.3. Futuro…………………………........................................................................ .....................................................8 .8 CAPÍTULO 2: INTELIGENCIA ARTIFICIAL 2.1.- Historia……………………………………………………………………..…….11 2.2.- Definición…………………………………………………………………..........12 ..........12 …..….12 2.3.- Aplicaciones……………………………………………………………...…..….12 2.4.- Evolución………………………………………………………………………...13 cas…………………………………………………………………….…….14 14 2.5.-Técnicas…………………………………………………………………….……. 2.6.-Investigación y desarrollo en áreas de la IA…………………………….…... 15 CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

“Robótica e Inteligencia Artificial”

En este trabajo desarrollaremos los temas de Robótica e Inteligencia Artificial. Observamos que actualmente en el Perú, carece de este tipo de ciencia para realizar nuevas investigaciones, por tal motivo esperamos que la monografía contribuya un poco a la realización de estos métodos tecnológicos, tanto en nuestro país como en nuestra región. Nuestro objetivo es tratar de explicar el concepto referente a Robótica e Inteligencia artificial y cómo influye está en la actualidad en los campos de la ciencia. Por estas razones nos planteamos la hipótesis: La Robótica e Inteligencia Artificial beneficia al mundo mediante sus aportaciones a los campos de la ciencia. En el Capítulo I abordaremos el tema de robótica: su definición, tipos, futuro de la robótica, y temas relacionados; en el capítulo II trataremos sobre la Inteligencia Artificial (IA), su historia, definición, sus aplicaciones y áreas de desarrollo. Trataremos de resaltar las características principales de estos dos temas. Además veremos cómo se fusionan estas dos ramas de la tecnología. Ya que contribuye al avance tecnológico de nuestro país, impulsando nuevas tecnologías para que de esta manera nos permita llevar una vida más fácil e informar a los estudiantes para que logren aprender este tipo de tecnología que hoy en día está cobrando más impulso en los países desarrollados.

Capítulo I: La Robótica

1.1. Definición: El término robótica procede de la palabra robot. La robótica es, por lo tanto, la ciencia o rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots1. Otra definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables programables con el fin de realizar tareas repetitivas repetitivas como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras actividades. Básicamente, la robótica se ocupa de todo lo concerniente a los robots, lo cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc. En la robótica se unen para un mismo fin varias disciplinas confluyentes, pero diferentes, como la Mecánica, la Electrónica, Electrónica, la Automática, la Informática, Informática, etc. El término robótica se le atribuye a Isaac Asimov. Los tres principios o leyes de la robótica según Asimov son: 

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Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningún ser humano. El robot debe obedecer a todas las órdenes de los humanos, excepto las que contraigan la primera ley. El robot debe autoprotegerse, salvo que para hacerlo entre en conflicto con la primera o segunda ley.

1.2. Robots: Los robots son dispositivos compuestos de sensores que reciben datos de entrada y que pueden estar conectados a la computadora. Esta, al recibir la información de entrada, ordena al robot que efectúe una determinada acción. Puede ser que los propios robots dispongan de microprocesadores que reciben el input de los sensores y que estos microprocesadores ordenen al robot la ejecución de las acciones para las cuales está concebido. En este último caso, el propio robot es a su vez una computadora. Otras definiciones para robot son:

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Marisol Chong (2003) http://www.monografias.com/trabajos http://www.monografias.com/trabajos13/intar/intar.shtml 13/intar/intar.shtml

o d n u M l e a r a p o l l o r r a s e D e d o i d e M , l a i c i f i t r A a i c n e g i l e t n I e a c i t ó b o R

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Máquina controlada por ordenador y programada para moverse, manipular objetos y realizar trabajos a la vez que interacciona con su entorno. Los robots son capaces de realizar tareas repetitivas de forma más rápida, barata y precisa que los seres humanos. El término procede de la palabra checa robota, que

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significa “trabajo obligatorio”, fue empleado por primera vez en la obra teatral de

1921 R.U.R (Robots Universales de Rossum) por el novelista y dramaturgo checo Karel Capek. Desde entonces se ha empleado la palabra robot para referirse a una máquina que realiza trabajos para ayudar a las personas o efectúa tareas difíciles o desagradables para los humanos. • Un robot es una manipulador multifuncional reprogramable diseñado para mover material, piezas, herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos programados variables para la realización de tareas variadas. Para realizar cualquier tarea útil el robot debe interactuar con el entorno, el cual puede incluir dispositivos de alimentación, otros robots y, lo más importante, gente. Consideramos que la robótica abarca no solamente el estudio del robot en sí, sino también las interfaces entre él y sus alrededores. Ingenio electrónico que puede ejecutar automáticamente operaciones o • movimientos muy variados, y capaz de llevar a cabo todos los trabajos normalmente ejecutados por el nombre. • Manipulador multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos programados y variables que permiten llevar a cabo diversas tareas. En la actualidad, los avances tecnológicos y científicos no han permitido todavía construir un robot realmente inteligente, aunque existen esperanzas de que esto sea posible algún día. Hoy por hoy, una de las finalidades finalidades de la construcción de robots es su intervención en los procesos de fabricación. Estos robots, que no tienen forma humana en absoluto, son los encargados de realizar trabajos repetitivos en las cadenas de proceso de fabricación. En una fábrica sin robots, los trabajos antes mencionados los realizan técnicos especialistas en cadenas de producción. Con los robots, el técnico puede librarse de la rutina y el riesgo que sus labores comportan, con lo que la empresa gana en rapidez, calidad y precisión.


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1.2.1. Tipos: Robots impulsados neumáticamente: La programación consiste en la • conexión de tubos de plástico a unos manguitos de unión de la unidad de control neumático. Esta unidad está formada por dos partes: una superior y una inferior. La parte inferior es un secuenciador que proporciona presión y vacío al conjunto de manguitos de unión en una secuencia controlada por el tiempo. La parte superior es el conjunto de manguitos de unión que activan cada una de las piezas móviles del robot. Son los más simples simples que existen. existen. Hay quien opina que que a este tipo de máquinas no se les debería llamar robots; sin embargo, en ellas se encuentran todos los elementos básicos de un robot: estas máquinas son programables, automáticas y pueden realizar gran variedad de movimientos. • Robots equipados con servomecanismos: El uso de servomecanismos va ligado al uso de sensores, como los potenciómetros, que informan de la posición del brazo o la pieza que se ha movido del robot, una vez éste ha ejecutado una orden transmitida. Esta posición es comparada con la que realmente debería adoptar el brazo o la pieza después de la ejecución de la orden; si no es la misma, se efectúa un movimiento más hasta llegar a la posición indicada. • Robots punto a punto: La programación se efectúa mediante una caja de control que posee un botón de control de velocidad, mediante el cual se puede ordenar al robot la ejecución de los movimientos paso a paso. Se clasifican, por orden de ejecución, los pasos que el robot debe seguir, al mismo tiempo que se puede ir grabando en la memoria la posición de cada paso. Este será el programa que el robot ejecutará. Una vez terminada la programación, el robot inicia su trabajo según las instrucciones del programa. A este tipo de robots se les llama punto a punto, porque el camino trazado para la realización de su trabajo está definido por pocos puntos. • Robots controlados por computadora: Se pueden controlar mediante computadora. Con ella es posible programar el robot para que mueva sus brazos en línea recta o describiendo cualquier otra figura geométrica entre puntos preestablecidos. La programación se realiza mediante una caja de control o mediante el teclado de la computadora. La computadora permite además acelerar más o menos los movimientos del robot, para facilitar la manipulación de objetos pesados.


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Robots con capacidades sensoriales: Aún se pueden añadir a este tipo de robots capacidades sensoriales: sensores ópticos, codificadores, etc. Los que no poseen estas capacidades sólo pueden trabajar en ambientes donde los objetos que se manipulan se mantienen siempre en la misma posición. Los robots con capacidades sensoriales constituyen la última generación de este tipo de máquinas. El uso de estos robots en los ambientes industriales es muy escaso debido a su elevado costo. Estos robots robots se usan usan en cadenas de embotellado embotellado para comprobar si las botellas están llenas l lenas o si la etiqueta está bien colocada. • Robots mosquitos: La cucaracha metálica se arrastra con gran destreza por la arena, como un verdadero insecto. A pesar de que Atila avanza a 2 km/h, tratando de no tropezar con las cosas, es «gramo por gramo el robot más complejo del mundo», según su creador, Rodney Brooks. En su estructura de 1,6 kg y 6 patas, lleva 24 motores, 10 computadores y 150 sensores, incluida una cámara de video en miniatura. La experimentación en operaciones quirúrgicas con robots abre nuevos campos tan positivos como esperanzadores. La cirugía requiere de los médicos una habilidad, precisión y decisión muy cualificadas. La asistencia de ingenios puede complementar algunas de las condiciones que el trabajo exige. En operaciones delicadísimas, como las de cerebro, el robot puede aportar mayor fiabilidad. Últimamente, se ha logrado utilizar estas máquinas para realizar el cálculo de los ángulos de incisión de los instrumentos de corte y reconocimiento en operaciones cerebrales; así mismo, su operatividad se extiende a la dirección y el manejo del trepanador quirúrgico para penetrar el cráneo y de la aguja de biopsia para tomar muestras del cerebro. • Robot industrial: Nace de la unión de una estructura mecánica articulada y de un sistema electrónico de control en el que se integra una computadora. Esto permite la programación y control de los movimientos a efectuar por el robot y la memorización de las diversas secuencias de trabajo, por lo que le da al robot una gran flexibilidad y posibilita su adaptación a muy diversas tareas y medios de trabajo, El robot industrial es pues un dispositivo multifuncional, es decir, apto para muy diversas aplicaciones, al contrario de la máquina automática clásica, fabricada para realizar de forma repetitiva un tipo determinado de operaciones. El robot industrial se diseña en función de diversos movimientos que debe poder ejecutar; •


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es decir, lo que importa son sus grados de libertad, su campo de trabajo, su comportamiento estático y dinámico. La capacidad del robot industrial para reconfigurar su ciclo de trabajo, unida a la versatilidad y variedad de sus elementos terminales (pinzas, garras, herramientas, etc.), le permite adaptarse fácilmente a la evolución o cambio de los procesos de producción, facilitando su reconversión. Los robots industriales están disponibles en una amplia gama de tamaños, formas y configuraciones físicas. La gran mayoría de los robots comercialmente disponibles en la actualidad tienen una de estas cuatro configuraciones básicas: básicas: • Configuración polar • Configuración cilíndrica • Configuración de coordenadas cartesianas • Configuración de brazo articulado La configuración polar utiliza coordenadas polares para especificar cualquier posición en términos de una rotación sobre su base, un ángulo de elevación y una extensión lineal del brazo. La configuración cilíndrica sustituye un movimiento lineal por uno rotacional sobre su base, con los que se obtiene un medio de trabajo en forma de cilindro. La configuración de brazo articulado utiliza únicamente articulaciones rotacionales para conseguir cualquier posición y es por esto que es el más versátil 2. 1.3.-Futuro: A pesar de que existen muchos robots que efectúan trabajos industriales, aquellos son incapaces de desarrollar la mayoría de operaciones que la industria requiere. Al no disponer de unas capacidades sensoriales bien desarrolladas, el robot es incapaz de realizar tareas que dependen del resultado de otra ot ra anterior. En un futuro próximo, la robótica puede experimentar un avance espectacular con las cámaras de televisión, más pequeñas y menos caras, y con las computadoras potentes y más asequibles. Los sensores se diseñarán de modo que puedan medir el espacio tridimensional que rodea al robot, así como reconocer y medir la posición y la orientación de los objetos y sus relaciones con el espacio. Se dispondrá de un sistema de proceso 2

Harold Suarez Guzman (2009) www.quizma.cl/robotica/tipos.h www.quizma.cl/robotica/tipos.htm tm


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sensorial capaz de analizar e interpretar los datos generados por los sensores, así como de compararlos con un modelo para detectar los errores que se puedan producir. Finalmente, habrá un sistema de control que podrá aceptar comandos de alto nivel y convertirlos en órdenes, que serán ejecutadas por el robot para realizar tareas enormemente sofisticadas. Si los elementos del robot son cada vez más potentes, también tendrán que serlo los programas que los controlen a través de la computadora. Si los programas son más complejos, la computadora deberá ser más potente y cumplir nos requisitos mínimos para dar una respuesta rápida a la información que le llegue a través de los sensores del robot. Paralelo al avance de los robots industriales era el avance de las investigaciones de los robots llamados androides, que también se beneficiarán de los nuevos logros en el campo de los aparatos sensoriales. De todas formas, es posible que pasen decenas de años antes de que se vea un androide con mínima apariencia humana en cuanto a movimientos y comportamiento3.

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Capítulo II: Inteligencia Artificial

2.1.-Historia: Es en los años 50 cuando se logra realizar un sistema que tuvo cierto éxito, se llamó el Perceptrón de Rossenblatt. Éste era un sistema visual de reconocimiento de patrones en el cual se aunaron esfuerzos para que se pudieran resolver una gama amplia de problemas, pero estas energías se diluyeron enseguida. Fue en los años 60 cuando Alan Newell y Herbert Simón, que trabajando la demostración de teoremas y el ajedrez por ordenador logran crear un programa llamado GPS (General Problema Solver: solucionador general de problemas). Éste era un sistema en el que el usuario definía un entorno en función de una serie de objetos y los operadores que se podían aplicar sobre ellos. Este programa era capaz de trabajar con las torres de Hanói, así como con criptoaritmética y otros problemas similares, operando, claro está, con microcosmos formalizados que representaban los parámetros dentro de los cuales se podían resolver problemas. Lo que no podía hacer el GPS era resolver problemas ni del mundo real, ni médicos ni tomar decisiones importantes. El GPS manejaba reglas heurísticas (aprender a partir de sus propios descubrimientos) que la conducían hasta el destino deseado mediante el método del ensayo y el error. En los años 70, un equipo de investigadores dirigido por Edward Feigenbaum comenzó a elaborar un proyecto para resolver problemas de la vida cotidiana o que se centrara, al menos, en problemas más concretos. Así es como nació el sistema experto. El primer sistema experto fue el denominado Dendral, un intérprete de espectrograma de masa construido en 1967, pero el más influyente resultaría ser el Mycin de 1974. El Mycin era capaz de diagnosticar trastornos en la sangre y recetar la correspondiente medicación, todo un logro en aquella época que incluso fueron utilizados en hospitales (como el Puff, variante de Mycin de uso común en el Pacific Medical Center de San Francisco, EEUU). Ya en los años 80, se desarrollaron lenguajes especiales para utilizar con la Inteligencia Artificial, tales como el LISP o el PROLOG. Es en esta época cuando se desarrollan sistemas expertos más refinados, como por el ejemplo el


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EURISKO. Este programa perfecciona su propio cuerpo de reglas heurísticas automáticamente, por inducción4. 2.2.-Definición La inteligencia artificial estudia cómo lograr que las máquinas realicen tareas que, por el momento, son realizadas mejor por los seres humanos. La definición es efímera porque hace referencia al estado actual de la informática. No incluye áreas que potencialmente tienen un gran impacto tales como aquellos problemas que no pueden ser resueltos adecuadamente ni por los seres humanos ni por las máquinas. Al principio se hizo hincapié en las tareas formales como juegos y demostración de teoremas, juegos como las damas y el ajedrez demostraron interés. La geometría fue otro punto de interés y se hizo un demostrador llamado: El demostrador de Galenter. Sin embargo la IA pronto se centró en problemas que aparecen a diario denominados de sentido común (commonsense reasoning). Se enfocaron los estudios hacia un problema muy importante denominado Comprensión del lenguaje natural. No obstante el éxito que ha tenido la IA se basa en la creación de los sistemas expertos, y de hecho áreas en donde se debe tener alto conocimiento de alguna disciplina se han dominado no así las de sentido común5. 2.3.-Aplicaciones: Tareas de la vida diaria: • Percepción • Visión • Habla • Lenguaje natural • Comprensión • Generación 4

Pablo David Santiago (2006) http://www.monografias.com/trabajos16/inteligencia-artificialhistoria/inteligencia-artificial-historia.shtml#histor 5 Lina Marcela Cepeda Díaz (2005) http://www.monografias.com/trabajos16/la-inte http://www.monografias.com/trabajos16/la-inteligencia-artificial/laligencia-artificial/lainteligencia-artificial.shtml


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Traducción Sentido común Control de un robot

Tareas formales: • Juegos • Ajedrez Backgammon • • Damas • Go • Matemáticas • Geometría • Lógica • Cálculo Integral • Demostración de las propiedades de los programas Tareas de los expertos: Ingeniería • • Diseño • Detección de fallos • Planificación de manufacturación • Análisis científico • Diagnosis médica Análisis financiero • 2.4. Evolución Se debe al desarrollo de programas para ordenadores capaces de traducir de un idioma a otro, juegos de ajedrez, resolución de teoremas matemáticos, etc. Alrededor de 1950, Alan Turing desarrolló un método para saber si una máquina era o no "inteligente" denominado "Test de Turing", "en el cual un operador tiene que mantener una conversación en dos sentidos con otra entidad, a través de un teclado, e intentar que la otra parte le diga si se trata de una máquina o de otro ser humano.


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Sobre este test circulan muchas historias ficticias, pero nuestra favorita es la que trata sobre una persona que buscaba trabajo y al que se le deja delante de un teclado para que se desenvuelva solo. Naturalmente, se da cuenta de la importancia de este test para sus perspectivas de carrera y por lo tanto lucha valientemente para encontrar el secreto, aparentemente sin éxito. Pero de qué sirve crear algoritmos capaces de imitar la inteligencia y el razonamiento humano; es aquí donde la I. A. y la Robótica tienen un punto en común. La I.A. tiene aplicación en la Robótica cuando se requiere que un robot "piense" y tome una decisión entre dos o más opciones, es entonces cuando principalmente ambas ciencias comparten algo en común. La I.A. también se aplica a los ordenadores, ya sean PC’s, servidores de red o terminales de red,

ya que su principal aplicación es desarrollar programas computacionales que resuelvan problemas que implican la interacción entre la máquina y el hombre, es decir, las máquinas "aprenderán" de los hombres, para realizar mejor su labor6. 2.5.-Técnicas: Uno de los más rápidos y sólidos resultados que surgieron en las tres primeras décadas de las investigaciones de la IA fue que la Inteligencia necesita conocimiento. Para compensar este logro imprescindiblemente el conocimiento posee algunas propiedades poco deseables como: • Es voluminoso • Es difícil caracterizarlo con exactitud • Cambia constantemente • Se distingue de los datos en que se organiza de tal forma que se corresponde con la forma en que va a ser usado. Con los puntos anteriores se concluye que una técnica de IA es un método que utiliza conocimiento representado de tal forma que: • El conocimiento represente las generalizaciones En otras palabras no es necesario representar de forma separada cada situación individual. En lugar de 6



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esto se agrupan las situaciones que comparten propiedades importantes. Si el conocimiento no posee esta propiedad, pr opiedad, puede necesitarse demasiada memoria. Si no se cumple esta propiedad es mejor hablar de "datos" que de conocimiento. • Debe ser comprendido por las personas que lo proporcionan. Aunque en muchos programas, los datos pueden adquirirse automáticamente (por ejemplo, mediante lectura de instrumentos), en muchos dominios de la IA, la mayor parte del conocimiento que se suministra a los programas lo proporcionan personas haciéndolo siempre en términos que ellos comprenden. • Puede modificarse fácilmente para corregir errores y reflejar los cambios en el mundo y en nuestra visión del mundo. • Puede usarse en gran cantidad de situaciones aún cuando no sea totalmente preciso o completo. • Puede usarse para ayudar a superar su propio volumen, ayudando a acotar el rango de posibilidades que normalmente deben ser consideradas. Es posible resolver problemas de IA sin utilizar Técnicas de IA (si bien estas soluciones no suelen ser muy adecuadas). También es posible aplicar técnicas de IA para resolver problemas ajenos a la IA. Esto parece ser adecuado para aquellos problemas que tengan muchas de las características de los problemas de IA. Los problemas al irse resolviendo tienen t ienen entre las características de su solución: • Complejidad • El uso de generalizaciones La claridad de su conocimiento • • La facilidad de su extensión 7 2.6.-Investigación y desarrollo en áreas de la IA: Las aplicaciones tecnológicas en las que los métodos de IA usados han demostrado con éxito que pueden resolver complicados problemas de forma masiva, se han desarrollado en sistemas que: • Permiten al usuario preguntar a una base de datos en cualquier lenguaje que sea, mejor que un lenguaje de programación. 7

María del Carmen Sosa Sierra (2006) http://www.eumed.net/ce/2006/m http://www.eumed.net/ce/2006/mcss.htm css.htm


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Reconocen objetos de una escena por medio de aparatos de visión. Generar palabras reconocibles como humanas desde textos • computarizados. • Reconocen e interpretan un pequeño vocabulario de palabras humanas. Resuelven problemas en una variedad de campos usando conocimientos • expertos codificados. Los países que han apadrinado investigaciones de IA han sido: EEUU. , Japón, Reino Unido y la CEE; y lo han llevado a cabo a través de grandes compañías y cooperativas de riesgo y ventura, así como con universidades, para resolver problemas ahorrando dinero. Las aplicaciones más primarias de la IA se clasifican en cuatro campos: sistemas expertos, lenguaje natural, robótica y visión, sistemas censores y programación automática8. •

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CONCLUSIONES Por medio del trabajo que acabamos acabamos de presentar, puedo concluir concluir que la robótica y la inteligencia artificial van tomadas de la mano ya que la una se encarga de la parte mecánica, y la otra de la parte analítica. La robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables con el el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras actividades, por ello pensamos que la robótica es la parte mecánica de una tecnología, en cambio creemos que la inteligencia artificial es la parte analítica o la parte que determina la acción de los robots, ya que los estos no podrían realizar ninguna tarea sin que se les indicara u ordenara, por ello, aquí es donde entra la inteligencia artificial. Gracias a la inteligencia artificial se ha logrado que una maquina sea capaz de desarrollar áreas de conocimiento muy específicas y complicadas, haciendo que la esta pueda simular simular procesos procesos que el hombre hombre realiza. Pero cabe destacar que que aún no se ha logrado que una máquina piense como un humano, pensamos que una limitación es el hecho de que el hombre es irremplazable ya que el ser humano cuenta con una característica propia el cual es el sentido común. Pero no podemos olvidar que el desarrollo de estas tecnologías no pretenden reemplazar al ser humano sino que tratan de mejorar su estilo de vida de, ya que recordemos que, por lo menos los robots hacen que el trabajo pesado sea más fácil de realizar, y que una maquina no se enferma, ni protestas, ni se cansa y esto puede elevar su utilidad. En fin esperemos que estas tecnologías tecnologías no se nos vayan de las manos, y que no nos perjudique, sino que nos ayude.

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Datos

y

Textos:

aplicación

análisis

exploratorio

y

descubrimiento de conocimiento en grandes bases de datos de información

Edición electrónica accesible a texto completo en http://www.dynamics.unam.edu/DinamicaNoLineal/Proy http://www.dynamics.unam .edu/DinamicaNoLineal/Proyectos/MineriaDatos/ ectos/MineriaDatos/ ProyectoMexicoCuba2003.pdf

biomédica”.

Monografía Robótica e Inteligencia Artificial

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