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lunes, 12 de enero de 2015

Robots que se autorrediseñan y autorreconstruyen



La impresión 3D es un método de fabricación con un inmenso potencial y que además nació en el ámbito informático. Un ordenador controla una impresora 3D y a la vez puede ser el cerebro de un robot. ¿Por qué no combinar ambas cosas? ¿Y por qué no usar en sí mismo esa capacidad de impresión 3D? Esta es la idea básica de una fascinante iniciativa en la que trabajan unos robotistas noruegos.

Los robots son cada vez más comunes para abordar misiones demasiado peligrosas para el Ser Humano, desde cerrar una válvula de seguridad en el interior de una central nuclear bañada de radiactividad por una fuga, hasta recoger muestras del suelo de otro planeta, por citar dos ejemplos. Si estos robots sufren un desperfecto, nadie podrá acudir a repararlos. Si necesitan cambiar la forma de una de las partes de su cuerpo a fin de realizar alguna tarea imprevista, nadie podrá tampoco acudir y reemplazarles un brazo por otro más apropiado.

Imaginemos que el robot está entrando en una sala llena de escombros dentro de una central nuclear en situación de máxima emergencia. Encuentra una escalera en la que nadie había pensado. El robot la fotografía. La foto es analizada. Uno de los brazos del robot está preparado con una impresora en 3D. Esta produce una nueva pieza para el mismo robot, que le permite avanzar por la escalera sin caerse. El robot podría optar incluso por fabricar otro robot, pequeño y simple, para que pasase al otro lado de la escalera y le enviase imágenes de la situación allí.

Este es el concepto en el que trabaja el equipo del robotista Kyrre Glette, de la Universidad de Oslo en Noruega. En sus experimentos, él y sus colegas ya han desarrollado tres generaciones de primitivos robots de este tipo, con capacidad de aprender por cuenta propia y adaptar su estructura a las necesidades de cada situación.

Mats Høvin fue el principal creador del primer modelo, el robot llamado “Henriette”, que recibió mucha atención mediática cuando fue presentado públicamente hace diez años.

Henriette tenía que aprender por su cuenta cómo caminar, y cómo saltar por encima de los obstáculos. Y si perdía una pata, tenía que aprender, sin ayuda, cómo saltar valiéndose solo de la otra.


Unos pocos años más tarde, Tønnes Nygaard lanzó la segunda generación de este tipo de robot. Al mismo tiempo, el grupo de robótica desarrolló un programa de simulación que pudo calcular qué configuración debería tener el cuerpo de un robot de esta clase. Como con Henriette, en un robot de la segunda generación su número de patas estaba predeterminado, pero el programa informático tenía la libertad de diseñar la longitud de las patas y la distancia entre ellas.

La tercera generación de robots proporciona una flexibilidad aún más grande. El programa de simulación se ocupa de todo el diseño y sugiere el número óptimo de patas y articulaciones.

Los científicos, asumiendo un papel propio del personal de emergencias ante un accidente nuclear, o del personal del Centro de Control de Vuelo gestionando la misión de un robot explorador en otro mundo, le dicen al programa de simulación lo que les gustaría que hiciera el robot, lo rápido que debería andar, su tamaño apropiado, el consumo deseado de energía, u otras cosas. Por ejemplo, podrían querer que el robot pueda saltar sobre una piedra que obstaculiza el camino hacia un objetivo importante.

En respuesta, el programa de simulación sugiere la solución óptima, incluyendo la forma del cuerpo y el número de patas. Simula miles de posibilidades y produce los mejores modelos mediante una técnica que sugerentemente se denomina “evolución artificial”.

En los experimentos, se procede a fabricar mediante impresión 3D el nuevo cuerpo, o componente de este, para el robot. El comportamiento de la innovación se evalúa en condiciones reales, y si es mejorable, aparece una nueva remodelación. Y así sucesivamente.

Por ahora, el proceso se realiza con supervisión humana, ya que los científicos están aún trabajando en desarrollar un sistema avanzado y autosuficiente de diseño y remodelación automatizados. Pero es obvio que si se logra alcanzar el nivel deseado, nada debería impedir tener un robot con cierta capacidad metamórfica y la “inteligencia” o “creatividad” suficientes para autorrepararse y autorrediseñarse atendiendo a las necesidades de cada situación con la que se tope.

sábado, 13 de diciembre de 2014

Investigadores crean impresionantes materiales arquitectónicos mediante impresión en 3D, programables e inspirados en modelos biológicos



Los sistemas biológicos a menudo tienen la capacidad de adaptarse a su entorno. Aprovechan estímulos atmosféricos externos, los cuales provocan  cambios químicos o en la forma de un sistema biológico dado.

La naturaleza hace regularmente uso de diversas estrategias y materiales para hacer frente a diversos desafíos como la humedad o la falta de agua. Esto provoca diversos cambios estructurales como pueden ser los que se producen  en las plantas.





Por ejemplo, los conos o piñas de algunas plantas se adaptan a su entorno variando la forma según las estaciones, y estos cambios significan que un cono puede proteger o liberar las semillas.

El profesor de la Universidad de Stuttgart Achim Menges, arquitecto y director fundador del Instituto de Diseño Computacional, es también profesor en arquitectura en la Universidad de Harvard. Su práctica e investigación se dedican a la creación de procesos integrales de diseño en el nexo de "la morfogenética de diseño de computación, la ingeniería biomimética y la fabricación asistida por ordenador  ".

Los procesos de morfogénesis en la naturaleza son los procesos biológicos que causa un organismo para desarrollar una forma. Es uno de los tres elementos fundamentales de la biología del desarrollo junto al control del crecimiento celular y la diferenciación celular, y el proceso controla la distribución espacial organizada de células durante el desarrollo embrionario.

El trabajo de Menges le ha llevado a colaborar con los ingenieros estructurales, informáticos, científicos de materiales y biólogos a buscar soluciones para crear "componentes higroscópicos" mediante sistemas de impresión en 3D para provocar cambios en la forma de materiales en respuesta a la humedad relativa o la temperatura en el medio ambiente.




El resultado de su trabajo en lo que se denominan como  estructuras biomiméticas superficiales sensibles se denomina "Transferencia de los principios biológicos a los sistemas arquitectónicos" ("the transfer of biological principles to architectural systems") lo cual proviene de que el proceso es higroscópicamente accionado mediante sistemas compuestos de madera-chapa como los utilizados en la  "Hygroscope Installation" en París y el "HygroSkin Pavilion" en Orleans .

Todo se reduce a la utilización de las tecnologías de impresión 3D para asumir los retos de diseño a nivel material.

Trabajando junto desarrollador científico David Correa, Oliver David Krieg, y Steffen Reichert, Menges utiliza el diseño computacional y métodos de fabricación robóticos para integrar el comportamiento elástico y higroscópico de la madera. El equipo dice que es la estructura de madera fibrosa, la rigidez relativamente baja, y la alta capacidad estructural lo que les permite crear estos fascinantes mecanismos de auto-formación. Programando el material articulado, han creado un sistema de arquitectura sensible climático.

La compleja interacción entre los distintos parámetros programables de las estructuras permite que los diseñadores logren una serie de articulaciones complejas, de cuatro dimensiones, y el resultado es una arquitectura con la capacidad de sentir, accionar y reaccionar a los cambios climáticos. Dicen que sus sistemas representan "un novedoso marco conceptual y práctico para los sistemas arquitectónicos que responden al medio ambiente verdaderamente programables".

Mientras que los sistemas de ingeniería convencionales se basan en conjuntos de componentes discretos y funcionales como sensores, actuadores y controladores, sus sistemas "biológicos" dependen de materias diferenciadas y sistemas de materiales estructurados que actúan en concierto y armonía como un sistema combinado el cual imita esos sensores, actuadores y las reacciones del regulador para crear formas fantásticas que lentamente se  abren, se cierran y se transforman tal como lo harían las flores u hojas.


domingo, 26 de octubre de 2014

Siemens Tecnomatix lanza la última actualización de su software Plant Simulation 11 TR3

Siemens, empresa mundial de electrónica e ingeniería eléctrica, que opera en los sectores de la industria, la energía y el cuidado de la salud, ha publicado una actualización de Tecnomatix Plant Simulation 11, un software de simulación de eventos discretos líder a nivel mundial utilizado para planificación de la logística y el análisis del rendimiento en la fabricación.



En esta época de aumento de los costes y presión sobre la producción, junto con el continuo proceso de globalización, la logística se ha convertido en un factor clave para el éxito de una empresa. Las programaciones ineficaces, la optimización local en lugar de global, la asignación ineficaz de recursos y la productividad mediocre pueden dar lugar a pérdidas económicas diarias. La necesidad de realizar entregas JIT (Just-in-time) y JIS (Just-in-sequence), introducir Kanban, planificar y construir nuevas líneas de producción y gestionar redes de producción de ámbito mundial exige contar con criterios objetivos de toma de decisiones, que ayuden a los directivos a evaluar y comparar enfoques alternativos.

Tecnomatix Plant Simulation es una herramienta de simulación de eventos discretos que ayuda a crear modelos digitales de sistemas de logística en producción en planta para permitir la exploración de las características de los sistemas y la optimización de su rendimiento. Estos modelos digitales permiten llevar a cabo experimentos y trabajar con escenarios hipotéticos sin afectar a los sistemas de producción existentes o (cuando si se usan en el proceso de planificación) mucho antes de instalar los sistemas de producción en sí. Las completas herramientas de análisis, tales como análisis de cuellos de botella, estadísticas y diagramas, permiten evaluar distintos escenarios de fabricación. Los resultados proporcionan la información necesaria para tomar decisiones fiables con rapidez, en las primeras fases de la planificación de producción.

Esquema de planta con Plant Simulation 11

Plant Simulation permite modelar y simular los sistemas de producción y sus procesos. Además, mediante la simulación en planta, se puede optimizar el flujo de materiales, la utilización de recursos y la logística en todos los niveles de planificación de planta, desde las instalaciones de producción global a las plantas locales o líneas específicas.

Proceso de montaje y ensamble con Plant Simulation 11


Un tema clave de esta nueva versión es la simulación energética, debido a la importancia, cada vez mayor, del consumo de energía en los procesos de producción. Plant Simulation 11 nos proporciona una herramienta para el modelado, análisis y optimización de la producción, teniendo en cuenta el consumo de energía. Los análisis con respecto a las operaciones en stand by de las máquinas y los potenciales de ahorro de energía en la producción ahora son fácilmente simulables. Aparte de muchos  otros pequeños ajustes, la integración 3D también ha sido mejorada.