Conducción en bucle abierto

Aquí hay un plan tentador: para recorrer un cuadrado de un metro de lado, enviar el comando «avanza durante 5 segundos, gira a la izquierda durante 1,5 segundos» cuatro veces. Calculamos las fórmulas, así que el robot debería dibujar un cuadrado perfecto. Si lo ejecutas en un robot real, la figura casi nunca cierra. El robot termina a unos centímetros de donde empezó, o peor.

Este tipo de control se llama bucle abierto: los comandos se calculan de antemano y se envían, y nada mide lo que realmente ocurrió. Lo opuesto es el bucle cerrado, que usa retroalimentación (el bucle de la primera lección). El bucle abierto funciona bien cuando el mundo es predecible. Los robots rara vez viven en un mundo predecible.

Por qué «el mismo comando» da resultados diferentes.

• Deslizamiento de las ruedas. En un suelo liso, con polvo o alfombra, una rueda puede girar sin mover el robot la cantidad completa.
• Los motores no son gemelos. Dos motores que reciben el mismo comando suelen funcionar a velocidades ligeramente diferentes. Una pequeña diferencia de velocidad significa que ω no es exactamente cero, por lo que el camino «recto» se curva.
• La tensión de la batería baja a medida que se descarga, por lo que el mismo comando da velocidades más bajas más tarde.
• El tamaño de las ruedas y la distancia entre ejes no son exactamente lo que el programador escribió. Una rueda que es un 1 por ciento más grande recorre un 1 por ciento más de distancia por vuelta.
• Arranque y parada. Un robot no puede cambiar de velocidad al instante; acelera y frena durante un breve tiempo que el plan ignoró.

Cada uno de estos factores es pequeño. El problema es que los pequeños errores se acumulan (el Mundo 2 les asigna números).

Prueba un experimento mental. Supongamos que un error de rumbo hace que cada «gira a la izquierda 90 grados» salga como 88 grados. Después de cuatro esquinas, el robot ha girado 352 grados, no 360, por lo que el camino no cierra: le faltan 8 grados para mirar en la dirección de inicio, y el error de posición se suma encima. Un robot con bucle cerrado mediría su rumbo con un sensor después de cada giro y seguiría girando hasta que el sensor marque 90 grados.

La solución es el tema de los próximos mundos. Primero, el robot debe estimar dónde está (Mundo 2). Luego, un controlador usa la diferencia entre «dónde quiero estar» y «dónde creo que estoy» para corregirse (Mundo 3). Los sensores para el mundo exterior llegan en el Mundo 4.