Tecnología para los negocios - Caminar con éxito hacia la Industria 4.0: Capítulo 15 – Interfaces de usuario hombre máquina (HMI)

Caminar con éxito hacia la Industria 4.0: Capítulo 15 – Interfaces de usuario hombre máquina (HMI)

Muchos de los procesos productivos en nuestras organizaciones utilizan máquinas. Para que podamos conocer su estado e interactuar con ellas, los fabricantes de maquinaria incorporan cada vez en mayor medida, sistemas electrónicos que analizan en tiempo real su funcionamiento y que son capaces de comunicarse con los usuarios. A estos dispositivos, totalmente alineados con la Industria 4.0, se les denomina interfaces y actúan como un “traductor” que hace posible la comunicación entre  humanos y máquinas.

Según el tipo de proceso o tarea a realizar, unas interfaces de usuario serán más apropiadas que otras. Por ello en su diseño se tienen en cuenta factores como:

  • El ruido circundante
  • El espacio existente en los puestos de trabajo
  • La información que necesitamos conocer
  • Los distintos parámetros que tengamos que controlar
  • Las partes del cuerpo de los operarios que estén libres para usarlas
  • El tiempo disponible, etc.

La evolución de las interfaces de usuario se basa principalmente en la disponibilidad de las partes de nuestro cuerpo cuando interactuamos con las máquinas, por ello las hay de muchos tipos y cada vez son más pequeñas y autónomas.

Podemos diseñar una interfaz de usuario partiendo de los siguientes elementos:

  • Con sensores que capten las órdenes de entrada del usuario.
  • Un sistema de computación capaz de procesar esas señales y convertirlas en una instrucción o comando (comunicación usuario-máquina).
  • Un conjunto de actuadores que ejecuten las instrucciones sobre la máquina.
  • Un sistema de comunicación que devuelva el nuevo estado (comunicación máquina-hombre).

Es por eso que la constante aparición de nuevos tipos de sensores, ha provocado que estén saliendo al mercado ingeniosos dispositivos (cascos, botas, guantes, etc.) que son utilizados como interfaces de usuario.

En esta sección, describiremos las interfaces de usuario más usadas clasificadas según el sistema de captura de entrada de datos que utilizan y hablaremos de otras, que aunque ahora son incipientes, ganarán protagonismo durante los años próximos.

Interfaces táctiles

Llamamos interfaces táctiles a aquellas que permiten la entrada de datos a un dispositivo cuando tocamos sobre su superficie.

Las interfaces táctiles consisten normalmente en pantallas LCD o similares que disponen, solidariamente a ellas en su parte trasera, de un sensor (normalmente capacitivo) que se excita al tocarla. A través de un controlador, se recoge con mucha precisión la zona de la superficie en la que se ha pulsado y se informa a una aplicación informática para que ejecute la tarea asignada a esa acción.

Este tipo de interfaces se introdujeron en el mercado para interactuar con máquinas y con ordenadores públicos, cajeros, museos, etc. en donde el teclado y el ratón convenían ser eliminados.

A día de hoy, su uso es masivo y gran parte de los dispositivos electrónicos funcionan con pantalla táctil. Disponen de gran resolución hasta el punto de que algunas de ellas permiten controlar varias interacciones simultáneamente (multitouch) e incluso hacer escritura manual.

Resulta bastante común encontrar interfaces táctiles en las industrias formando un panel sinóptico informativo, mostrando un simulador de los procesos o como dispositivos para la introducción de datos.

El problema que presentan muchas veces, es encontrar un buen lugar para su ubicación e instalación y que el operario pueda tener siempre las manos libres para utilizarlas. Por ello cada vez más suelen usarse Tablets (e incluso Smartphones) como interfaces de usuario táctiles ya que son económicas, disponen de comunicación inalámbrica, soportan todo tipo de aplicaciones y gracias a su autonomía no requieren instalación eléctrica.

Interfaces por imágenes

Denominamos interfaces por imagen a aquellas que utilizan como entrada de datos dispositivos para captura o presentación de imágenes.

En ellas una cámara digital actúa normalmente como dispositivo de entrada de datos principal. Estas cámaras pueden estar ubicadas alrededor del operario o bien pueden portarlas encima, por ejemplo, en unas gafas. Su funcionamiento requiere alto grado de computación puesto que las cámaras capturan constantemente imágenes de los operarios para que pueden interpretar determinados movimientos como órdenes.

Sin embargo, el uso más extendido de estas interfaces es para presentar la información. Las imágenes pueden ser fácilmente interpretables por los humanos y aportan mucha información en un corto espacio de tiempo. De forma que de un vistazo, los operarios pueden conocer cómo se están desarrollando las tareas y en caso de detectar alguna anomalía proceder a resolverla.

Smart glasses

Las gafas inteligentes o Smart Glasses son dispositivos electrónicos de reciente aparición que tienen multitud de aplicaciones y son las interfaces de usuario por imágenes por excelencia.

Fueron introducidas por Google tras la presentación del proyecto Google Glass aunque hoy día existen numerosas alternativas como las de Epson, Vuzix, Apple, Samsung, Sony, o las prestigiosas Hololens de Microsoft.

Partes de unas Smart Glasses

Disponen de distintos sensores como cámaras, acelerómetro, giroscopio, brújula, sensor de luz, micrófono, etc. además de un módulo de comunicación inalámbrico normalmente wifi o Bluetooth que sirve para comunicarse con una unidad de procesado externa (aunque algunas como la recientemente patentada por Toshiba ya la llevan incorporada), pues manipular vídeo requiere bastante potencia de cálculo.

También suelen disponer de auriculares para recibir audio externo y de un microproyector para visualizar las imágenes proyectadas sobre las lentes.

Con todo ello, las Smart Glasses consiguen aportar experiencias interactivas muy agradables al usuario, pues son capaces de controlar las funciones a realizar por varias vías, como por ejemplo, mediante el uso de la voz, un movimiento brusco de la cabeza o un pestañeo.

En ellas, nuestros operarios podrán; ver los pedidos a preparar, escanear un determinado código de producto, recibir asistencia remota o acceder a instrucciones para realizar una tarea de mantenimiento, pero sus aplicaciones pueden ir mucho más allá ya que de forma general podremos (entre otras muchas funciones):

  • Acceder a Internet
  • Grabar de vídeo y hacer fotos
  • Realizar pagos
  • Realizar búsquedas automáticas
  • Visualizar Dashboards
  • Monitorizar el estado de los procesos
  • Leer por sí solas y decirnos lo que leen
  • Supervisar el cansancio ocular del operario
  • Ejecutar comandos mediante movimientos del ojo o parpadeos
  • Detectar caídas

El problema principal, de este tipo de interfaces, es la complejidad que tienen para introducir distintos comandos. Por eso normalmente, las Smart Glasses, se utilizan únicamente como pantalla mientras que la entrada de datos se realiza con un teclado o mediante comandos de voz (micrófono), siempre y cuando sea factible por el ruido ambiental.

Interfaces por voz

El pasado año comenzó una encarnizada lucha entre las grandes compañías tecnológicas por liderar el mercado de los asistentes de voz. Aunque inicialmente, Siri de Apple, Cortana de Microsoft y Google Home eran los líderes en las distintas plataformas (IOs, Windows y Android respectivamente), apareció un nuevo actor que a fecha de hoy es el líder indiscutible de este tipo de interfaces. Nos referimos a Echo, el asistente de voz de Amazon.

La lucha por dominar este mercado, tiene que ver con la facilidad que tenemos los humanos para emplear el lenguaje natural a la hora de dar órdenes o ejecutar comandos, ya que a casi todos nos resulta mucho más sencillo hablar que escribir con un teclado. Las grandes tecnológicas saben que el acceso a Internet, que ahora se realiza mayoritariamente empleando texto escrito, pasará a realizarse con lenguaje natural mediante interfaces por voz y por tanto quien domine estas interfaces tendrá datos valiosísimos sobre nuestro comportamiento”.

Emplearemos la voz para realizar llamadas telefónicas, conocer los resultados deportivos de la jornada anterior o comprar una pizza, que son algunas de las tareas que ya realizan a la perfección este tipo de Interfaces. Y no solo las tendremos instaladas en nuestro móvil o en nuestro ordenador, en breve dispondremos de este tipo de interfaces también en nuestras casas y vehículos, donde estarán a nuestro servicio ininterrumpidamente para subir las persianas, encender las luces o bajar las ventanillas de nuestro coche.

Familia de productos Echo
Familia de productos Echo

La aplicación de este tipo de interfaces en la industria es clara. En aquellos casos donde no exista elevado ruido ambiental y los operarios tengan las manos ocupadas en las tareas que realizan, un pequeño micrófono (conectado a una unidad de procesado como un Smarphone) podrá ejecutar los comandos de control sobre la máquina. Ahora no habrá límite en el número de comandos y podemos usar tantos como deseemos. Por eso no cabe duda que las interfaces por voz serán sin duda un mercado en auge durante los próximos años y quizá se conviertan en la forma de interactuar con los dispositivos electrónicos más común en la próxima década.

Otras interfaces

Además de las interfaces anteriores, la cantidad de luz, la frecuencia, los gestos, los movimientos neuronales, los sonidos incluso el ruido eléctrico, por el hecho de poder ser magnitudes medibles o detectables, pueden constituirse como parámetros válidos de entrada de datos en las nuevas interfaces de usuario. Algunas de ellas, que hace apenas unos años parecían imposibles de poderse producir a un coste razonable, ya están en el mercado con un coste muy competitivo. Veamos las más prometedoras:

Gestuales

En 2002 se estrenó la película Minority Report protagonizada por Tom Cruise, en ella el actor, usando unos guantes especiales y a través de gestos, interactuaba con una moderna computadora como por arte de magia. Por aquel entonces, Microsoft ya llevaba más de una década desarrollando una interfaz de usuario para sus videoconsolas con tecnología motion-sensing, una tecnología capaz de detectar los movimientos e interpretarlos como órdenes. En 2009 esta compañía presentó Kinect, una interfaz de usuario muy fácil de usar e instalar que permitía controlar los videojuegos sin contacto físico gracias a un complejo sistema de sensores que permiten detectar gestos, voz, objetos e imágenes.

En las interfaces gestuales cualquier parte del cuerpo puede servir como entrada de comandos con la ventaja, frente al resto de interfaces, de aportar una tercera dimensión espacial para mejorar la experiencia interactiva del usuario; la profundidad.

Aunque la utilidad de este tipo de interfaces es amplia, tienen el problema de que sin querer podemos realizar gestos que supongan órdenes indeseadas para el sistema pues no siempre los gestos son reconocidos con precisión y pueden producirse errores. Además, tampoco son una interfaz práctica cuando los comandos de entrada al sistema son numerosos.

Neuronales

Otro tipo de interfaces muy interesantes sobre todo por su aplicación en medicina son las interfaces neuronales. A través de un dispositivo (ver figura siguiente) colocado en la cabeza, se detecta la actividad cerebral que se produce cuando el usuario pretende realizar una determinada acción.

En ese caso, un sistema electrónico interpreta las señales y envía la orden a una computadora para ejecutarla.

De esa forma se consigue que personas con discapacidades físicas puedan mover un ratón por la pantalla del ordenador y controlar exoesqueletos (brazos o piernas artificiales) para hacer vida normal.

Interfaces neuronales
Detector de actividad cerebral

Resumen

Existen multitud de Interfaces para que los humanos podamos comunicarnos con las máquinas y todas ellas tienen utilidad puesto que cada tarea se realiza bajo circunstancias distintas. Cada magnitud física que podamos digitalizar, es susceptible de poder ser usada como interface de usuario y un mismo sistema electrónico permite combinar tantas como sean necesarias de forma que las posibilidades de interactuar con una máquina a fecha de hoy son casi infinitas.

Las interfaces de usuario hombre-máquina en la industria tienen como principal objetivo agilizar los procesos donde interaccionamos con las máquinas proporcionando un importante ahorro para nuestras organizaciones. El éxito de las mismas se basa en su facilidad de uso, su coste, su fiabilidad y la rapidez con la que se manejan.

El ejemplo más claro lo tenemos en el uso de pantallas táctiles como interfaces en los Smartphones, pues gracias a ello, consiguieron eliminar las barreras de penetración que la informática ha tenido históricamente.

En un futuro muy próximo, tendremos multitud de opciones a la hora de elegir cómo interaccionar con una máquina y la voz, los gestos, e incluso el pensamiento serán algunas de las más usadas pues cuanto más imperceptibles sean, mejor. Por ello comparto opinión con Sundar Pichai, CEO de Google quien afirma que el futuro de los dispositivos es su inexistencia.

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