Robot Odyssey es un juego educativo para adultos, sumamente interesante. Fue creado en 1984 por una compañía llamada The Learning Company e hicieron versiones para Apple II, TRS-80 e IBM PC.
La idea del juego es cablear unos robots utilizando circuitos lógicos para resolver rompecabezas. El juego se desarrolla en la ciudad imaginaria futurista de Robotropolis. El objetivo es abrirnos camino a través de las múltiples pantallas con ayuda de tres robots, que más adelante pueden ser cuatro si resolvemos un puzle extra. Los robots cuentan con cuatro detectores de paredes o bumpers, uno en cada dirección, que activan entradas cuando están en contacto con una pared; cuatro propulsores, también uno por dirección, que son activados por salidas; una pinza que tiene una entrada indicadora de que ha cogido algo y una salida con la que le damos la orden de activarse o no, y una antena para comunicarse con los otros robots, con su entrada y su salida. Además hay un interruptor de encendido/apagado, una batería que se va gastando mientras el robot está conectado y un «periscopio» por si queremos ver el exterior mientras el robot se mueve con el jugador en su interior. Las puertas lógicas con que programamos nuestros robots tienen un retardo de propagación de una unidad de tiempo, lo cual tiene que ser tenido en cuenta en algunos diseños.
Para superar ciertas pantallas, por ejemplo, hay que conseguir que los robots activen sus pinzas en ciertos momentos, para coger un objeto al que no podemos acceder porque un robot centinela impide el paso a humanos. En otras, la estructura de la pantalla es lo bastante sencilla como para que, con un poco de imaginación, podamos diseñar un circuito sencillo para resolverla. Por supuesto, a medida que avanzamos pantallas aumenta la dificultad y pronto necesitamos más de un robot actuando coordinadamente para resolver ciertos puzles.
A. K. Dewdney ya habló de este juego en su sección Juegos de Ordenador de la revista Investigación y ciencia. Cuando leí el artículo, se me caía la baba y me quedé con unas ganas tremendas de verlo. Hoy, gracias a las maravillas del software libre e internet, existe una versión rehecha en Java llamada DroidQuest, disponible para descarga, escrita por Thomas Foote, en http://www.droidquest.com/. Por añadidura, el autor también ofrece la versión original de Apple II para descarga, así que quien disponga de un emulador puede también experimentar la sensación de jugar al juego original tal y como Dewdney lo mostró en su sección. Huelga decir que no lo solté hasta completarlo, superando así esa «cuenta pendiente».
Una característica interesante del juego es que hay unos chips disponibles, unos circuitos integrados que podemos programar para combinar varias operaciones en un solo circuito, simplificando con ello los diseños y ahorrando así puertas lógicas, lo cual es más interesante si tenemos en cuenta que hay un número limitado de ellas disponible. Algunos de los chips vienen ya preprogramados.
El Wallhugger en particular es un chip que, al cablearlo como se ve en la figura, consigue que el robot vaya pegado a las paredes de una habitación, recorriéndolas en sentido antihorario. Tiene algunas limitaciones y, debido a ellas, en el juego tenemos pocas ocasiones para usarlo, pero su interés radica en la dificultad de su elaboración. De acuerdo con la documentación, el chip contiene 16 puertas lógicas y un chip más en su interior. El autor de DroidQuest dice en una página dedicada al chip:
El chip Wallhugger parece ser el Santo Grial del Robot Odyssey. De acuerdo con el juego original, fue diseñado con «16 puertas lógicas y un chip anidado». No tengo ni idea de cómo el Wallhugger fue creado solo con eso. Me encantaría averiguar cómo funciona. [1]
A mí también me dejó con el gusanillo, pero como siempre he sido de naturaleza curiosa, finalmente agarré el original de la versión de Apple y me puse a destriparlo.
El proceso requirió bastantes pasos. Primero, tenía que averiguar en qué posiciones del archivo .dsk se guardaban los datos de los chips. En esta parte encontré tanto facilidades como dificultades que lo hicieron laborioso, pero básicamente rutinario. Lo siguiente era realizar la ingeniería inversa del formato con el que se almacenan los circuitos del chip.
Esta parte fue, por supuesto, la más interesante. Mediante la creación de diversos chips, averigüé cómo se codificaban las entradas y salidas del chip, así como las puertas empleadas. Cuando alcancé una comprensión aceptable del formato, me lancé en pos del Wallhugger.
De esa manera, constaté que lo que decía la documentación era perfectamente correcto: efectivamente, en su interior contenía 16 puertas lógicas y un chip anidado. Aquí está el circuito principal, dibujado con el programa libre de diseño y simulación de circuitos TkGate (sí, ya sé que pronunciado en español suena muy mal), concretamente con la versión 1.8:
Y a continuación, el esquema del chip anidado:
Para poder realizar la simulación y probar el diseño en funcionamiento, tuve que crear un flip-flop R-S en TkGate que fuera compatible con el de Robot Odyssey. La idea era que cuando ambas entradas tuvieran un 1 lógico simultáneamente, el estado no variara, pues es la forma en que se comporta el RO. Aquí está el diseño que empleé:
¿Cuál es el principio de funcionamiento de este curioso chip? Lo primero que hay que observar es que, si conectamos el bumper izquierdo al propulsor superior, el bumper superior al propulsor derecho, el bumper derecho al propulsor inferior, y el bumper inferior al propulsor izquierdo, tendremos un robot que casi funciona, pues al menos es capaz de moverse en círculos en habitaciones con paredes convexas. El problema radica en que cuando nuestro robot recorre una pared con un ángulo cóncavo (de 270°), al terminarse ésta pierde el contacto y deja de propulsarse, quedándose parado. El chip incorpora la circuitería necesaria para actuar en ese caso y resolver el inconveniente.
Efectivamente, los cuatro bumpers están conectados a los cuatro propulsores a través de sendas puertas OR, es decir, que mientras la otra entrada de cada una de las puertas OR sea cero, nuestro robot se comportará igual que el robot seguidor de paredes convexas recién descrito.
Ahora, ¿cuándo ha de actuar y qué ha de hacer para poder salvar también ángulos cóncavos? Si el problema es que se queda parado, lógicamente lo que tendrá que hacer es moverse. La condición es simplemente que no haya ningún bumper activo, que es lo que provoca que nuestro seguidor de paredes convexas se pare. Esa condición es detectada por las tres puertas OR en cascada de la parte superior que van seguidas de un inversor. Cuando la salida del inversor se activa, quiere decir que no hay ningún bumper tocando una pared. Con esto se activan cuatro puertas AND que dan paso a la señal que moverá el robot. Veamos cómo.
Ahora que sabemos que en ese caso hay que moverse, queda la duda de hacia adónde. Puesto que se trata de continuar siguiendo la pared de la esquina que acabamos de dejar, habrá que moverse hacia ella. Nos interesa que el siguiente bumper entre en contacto con la siguiente pared, para que la parte seguidora de paredes convexas pueda seguir actuando. Por suerte, gracias a los retardos de propagación de las puertas, tras perderse el contacto con la pared anterior el propulsor habrá estado en marcha el tiempo suficiente como para que el robot haya sobrepasado la esquina, habiendo recorrido la distancia suficiente como para que, si vamos directamente 45° en diagonal en dirección a la esquina que acabamos de dejar, acabemos tocando la nueva pared y no la antigua de la que venimos.
Por tanto, se trata de moverse en diagonal hacia la esquina que acabamos de dejar. ¿Cómo conseguimos eso? Ahí es donde entra en juego el chip anidado.
El esquema de este chip está diseñado de la siguiente forma. Hay cuatro flip-flops, cuatro entradas y cuatro salidas. Las cuatro entradas vienen directamente de los bumpers. Cada bumper activa un flip-flop y pone a cero los otros tres (si no hay conflictos, claro). Es decir, el set del primer flip-flop viene del primer bumper y el reset es el OR de los otros tres, y lo mismo con los demás. En resumen, el chip está diseñado para recordar cuál fue el último bumper activo. Cuando estamos tratando de doblar una esquina de 270° y perdemos el contacto, tenemos la garantía (o eso presumimos) de que en el último instante justo antes de perderse el contacto solo había un bumper activo, por lo tanto no hay que preocuparse de los conflictos. (Cuando hay paredes muy próximas, esto podría no cumplirse, y esa es una de las limitaciones de Wallhugger: debe tener suficiente espacio para moverse sin que, por ejemplo, dos bumpers opuestos toquen dos paredes a la vez).
La línea de puesta a uno de cada flip-flop es retardada mediante tres puertas OR, por un motivo que no he llegado a entender. Quizá sea porque de lo contrario, pulsos muy cortos del bumper podrían perderse antes de que la señal de puesta a cero de otro bumper la desactive, aunque no le acabo de ver el sentido. Parece, en cualquier caso, que el número de retardos es uno más que los que se producen en la señal reset, por lo que la intención parece en todo caso que el set llegue siempre en último lugar.
Tenemos entonces un chip que recuerda el último bumper activo antes de perderse el contacto y queremos usarlo para, cuando se pierde el contacto, movernos hacia la esquina que queremos doblar. Veamos cómo. Si el bumper derecho era el último activo cuando se perdió el contacto, entonces estaba en marcha el propulsor inferior, por tanto la esquina que acabamos de dejar queda debajo y a la derecha del robot, y es hacia ahí donde queremos movernos, por lo cual tendremos que activar los propulsores izquierdo y superior. Extendiendo el razonamiento a las cuatro direcciones, el bumper superior activará los propulsores inferior e izquierdo, el izquierdo los propulsores inferior y derecho, y el inferior los propulsores derecho y superior.
Visto desde el lado de los propulsores, en ausencia de señal de bumpers, el izquierdo se activará cuando el último bumper activo fue el superior OR el derecho, etcétera. Esto justifica las cuatro puertas OR restantes, lo que concluye la totalidad del chip.
Si alguien quiere conocer el formato de los chips del Robot Odyssey y la forma de almacenarse en los archivos .dsk, aquí hay un enlace donde pueden consultarlo (en inglés): [2]. Está en inglés porque lo escribí para los miembros del grupo de Yahoo de DroidQuest. También incluye una explicación del funcionamiento, aunque más somera que la dada aquí, y el archivo TkGate con los esquemas aquí presentados listos para usar en la simulación. Aviso de que el enlace está en un directorio temporal, que puede ser movido cuando actualice mi página personal y lo coloque en la que será su ubicación definitiva. Cuando así lo haga, procuraré recordar actualizar esta entrada en consonancia, pero si alguien enlaza a ese directorio temporal directamente, debe tenerlo en cuenta.
Referencias
[1] http://mysite.verizon.net/thomasfoote/DQ/id60.htm
[2] http://www.formauri.es/personal/pgimeno/temp/RO/wallhugger.php
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