lunes, 2 de febrero de 2009

Aplicaciones (Segunda parte)



II.- APLICACIONES INNOVADORAS





A continuación se presenta una visión general de las aplicaciones innovadoras de los robots en nuevos sectores.




Servicios


Según previsiones de la ONU, en las dos próximas décadas, en los países occidentales se duplicará el número de personas mayores de ochenta años y el número de pensionistas aumentará un 50%. Por ello serán muy importantes los robots de asistencia personal en el hogar. Su aplicación principal es la de acompañar a las personas de avanzada edad o con ligeros problemas de movilidad, mejorando su condición de vida dentro de la casa. El robot ofrece una comunicación multimedia con el usuario, controla los electrodomésticos de la casa, lleva el plan de compras, lavados, reparaciones y visitas, y sirve de guía en la casa. En la actualidad existen pocos productos comerciales que puedan realizar estas operaciones, teniendo la mayoría de ellos un aspecto de un robot móvil con una consola embarcada. Respecto al cuidado de personas discapacitadas, ya sea por dificultades de movilidad o por problemas mentales, han sido realizados numerosos robots asistenciales. En entornos interiores más grandes, como por ejemplo hospitales, se necesitan robots móviles que transporten medicamentos, correspondencia, instrumental, etc.







Construcción



El nivel de automatización en esta industria sigue siendo uno de los más bajos entre los sectores productivos, siendo todo el proceso muy convencional y manual. En este sentido, resulta un sector prioritario de innovación en el ámbito de la automatización y robotización, más aún si se tienen en cuenta los resultados críticos de seguridad y las condiciones de trabajo que se dan en el sector. En la última década se han hecho importantes esfuerzos, sobre todo en Japón, para elevar el nivel de automatización de la industria de la construcción. Se pretende acercar la construcción a la industria manufacturera, sobre todo a la del automóvil. La idea fundamental es tratar las obras, sobre todo los edificios, no como singulares, sino como elementos fabricados (o prefabricados) en serie. En este sentido, los desarrollos actuales están encaminados a la integración de todos los actores que participan en la construcción: arquitectos, estructuralistas, interioristas, empresas constructoras, suministradores, empresas de transporte, etc.



Por lo que respecta a la obra civil, en la construcción de carreteras se ha alcanzado un alto nivel de automatización. Las apisonadoras y asfaltadoras están gobernadas por GPS y sensores de densidad y compactación, lo que les permite efectuar las operaciones con una gran precisión (robots móviles autónomos con guiado sensorial). El guiado automático de las tuneladoras (mediante láser y giróscopos), el manipulado y ensamblado robotizado de los revestimientos interiores del túnel, y la proyección de cemento con brazos robotizados son unas de las posibles aplicaciones de construcción de túneles. Otra aplicación interesante es la inspección de infraestructuras, como por ejemplo puentes de estructura metálica u hormigón que puede ser realizada con robots escaladores, algunos de ellos fabricados en España.




Para edificios residenciales de menor altura, construidos normalmente con ladrillos, bloques o piezas prefabricadas, han sido desarrollados varios robots de ensamblado que pueden construir paredes de bloques silicocalcáreos de hasta 500 kilos de peso. Para los acabados interiores de las casas se utilizan robots de menores dimensiones, la inmensa mayoría de ellos teleoperadores. Una de las aplicaciones más demandadas es la colocación y compactación de los forjados de cemento. Numerosas compañías japonesas disponen de robots móviles que compactan, teniendo en cuenta el mapa de la planta.



La automatización en la construcción pasa por la necesidad de estandarización. En este sentido, la prefabricación juega un papel muy importante. La construcción de edificios modulares de alta calidad y bajo coste es uno de los objetivos prioritarios de la investigación en este campo. La construcción modular implica una fuerte automatización de las factorías de prefabricación donde se hacen los módulos. Las compañías japonesas son líderes en esta tecnología.




Domótica

La domótica es sinónimo de automatización de la vivienda (home automation), casa inteligente o casa bioclimática. Teniendo en cuenta el grado de confort, este tipo de casas permiten un control continuo de las variables termo higrométricas como de los electrodomésticos «inteligentes», siendo la seguridad otra de las características importantes. En la seguridad se pueden establecer tres niveles: el primero corresponde a la seguridad de los bienes alojados dentro de la vivienda; el segundo nivel se corresponde con la seguridad de las personas, especialmente a las mayores, y por último, el tercer nivel, a la seguridad ante incidencias y averías (incendios, inundaciones, etc.). Todo ello es posible si el edificio o vivienda cuenta con un potente sistema sensorial, una adecuada arquitectura informática de control y unas potentes comunicaciones.




Agricultura


La agricultura tiene en general un aceptable nivel de automatización, sobre todo en lo relacionado a los cultivos de grano. No obstante, el nivel de automatización es bajo en cultivos de frutas y verduras al aire libre o en invernaderos. En estas aplicaciones la mayoría de las operaciones necesitan el uso masivo de mano de obra.


Se han desarrollado aplicaciones para los procesos de sembrado, riego, abonado, fumigación y recolección donde las diferentes máquinas (Figura 6) que intervienen están equipadas con sensores y sistemas GPS que les permitan generar amplios mapas de estado de las plantaciones durante todo el ciclo de la cosecha. La recolección de frutas, verduras y cereales es el segundo gran grupo de aplicaciones de la robótica.




Industria de alimentación

La industria de alimentación emplea una cantidad importante de mano de obra en operaciones bastante repetitivas. La introducción de sistemas automatizados con un alto grado de flexibilidad y una continua adaptación a la demanda (que actualmente se centra en productos frescos) son requisitos básicos para la actual industria de alimentación.


En la industria cárnica los sistemas automáticos de despiece más avanzados utilizan tecnología de visión 3D con iluminación estructurada. El sector avícola es uno de los más automatizados en la parte de producción de huevos, pero en menor medida en la parte de control y selección de las aves, y de producción de carne avícola. Dada la disminución de los caladeros de pesca y el aumento de la demanda de pescado fresco, el sector piscícola tiene una imperiosa necesidad de automatización y aumento de su productividad. El sector de lácteos y bebidas cuenta con un alto nivel de automatización mediante sistemas rígidos. Su productividad es muy alta, pero en los últimos años crece la necesidad de un mayor nivel de flexibilidad. Se desea utilizar al máximo las instalaciones, sin efectuar paradas innecesarias y producir más productos distintos en la misma factoría.



Medicina

La medicina y las infraestructuras médicas suelen tener un peso aproximado al 10% en el PIB de los países industrializados, lo que unido a que se trata de la salud, convierte la medicina en uno de los sectores estratégicos.


La característica más destacada de la automatización de la medicina es la necesidad de una alta seguridad en las operaciones a realizar. Por esta razón, la mayoría de los nuevos sistemas son total o parcialmente teleoperados. En estos sistemas se requiere contar con una realimentación sensorial rápida y fiable, tanto visual como de tacto y fuerza en las manos del cirujano. Se pueden destacar cuatro grandes áreas de actuación:




  • Intervención o asistencias quirúrgicas,


  • Rehabilitación y terapia de pacientes,


  • Fabricación de útiles o piezas ortopédicas,


  • Diagnóstico



La laparoscopia y la endoscopia son las áreas más activas de la robotización médica, pues permiten evitar la cirugía tradicional. La automatización de los movimientos con gran precisión y libertad es el objetivo principal de la robotización.


Otro campo de aplicación de los robots quirúrgicos es el de la traumatología. Dentro del área de rehabilitación existen actualmente dos grandes tendencias: la introducción de prótesis activas controladas por ordenador y la colocación de sensores internos para estimulación del paciente. La tercera área de aplicación corresponde a la automatización de la producción de prótesis personalizadas.



Industria farmacéutica

La automatización integral de la instrumentación de experimentación farmacéutica es una de las áreas de desarrollo más novedosas. Los equipos de experimentación y medida existentes están concebidos como sistemas aislados y son difícilmente integrables en un laboratorio totalmente automatizado (Figura 9). El elemento crítico para una automatización integral en la investigación farmacéutica es el sistema de manipulación. Estos sistemas necesitan tener una gran velocidad de transferencia de productos tales como probetas, platos, reactivos, etc., y una gran precisión de posicionamiento para manipular microdispositivos. Los robots convencionales no están suficientemente bien adaptados a este tipo de operación, por lo que varias empresas han desarrollado una serie de robots específicos para la industria farmacéutica.



Industria del calzado

La industria del calzado es tradicionalmente una de las más artesanas. Las innovaciones más significativas se pueden dividir en dos grandes grupos:




  • Desarrollo de procedimientos y sistemas orientados al diseño automático del calzado


  • Automatización y robotización los procesos productivos



Otro de los aspectos de la automatización de la industria del calzado es la industrialización de la misma. La mayoría de la maquinaria existente necesita de un operario para cargar/descargar la máquina o para hacer la operación en sí (con las herramientas que suministra la máquina). Los sistemas automatizados deben ser muy flexibles y reconfigurables.








Industria naval




Los astilleros modernos se están transformando en «factorías de ensamblado», en donde la producción de la mayoría de las piezas se efectúa por empresas subcontratadas. Se estima que el 40-50% de los astilleros tienen automatizadas las operaciones de tratamiento de planchas y columnas mediante modernos dispositivos de posicionamiento y corte basados en sistemas tipo CNC. Los últimos desarrollos en soldadura robótica permiten a los astilleros más avanzados instalar líneas de soldadura por una sola cara de hasta 12 metros de largo y dos puentes grúa trabajando en paralelo, así como utilizar robots de desarrollo experimental para introducirse por pequeñas aberturas en el interior de los módulos del buque y realizar la soldadura. Una vez finalizada ésta, el robot se desmonta y se evacua de la misma forma que fue introducido. El transporte y manipulado de subconjuntos 2D y 3D muy pesados, desde el taller de prefabricación al dique seco, es otro de los procesos delicados. Los sistemas más avanzados se basan en dos tecnologías: grúas y colchones de aire. La inspección automática de los cascos es otra de las aplicaciones más demandadas en los últimos tiempos.



Industria aeroespacial




La industria aeronáutica cuenta con los niveles tecnológicos más elevados. Una de las líneas de investigación más importantes en la robótica aeronáutica son los Vehículos Aéreos No-tripulados (UAV). Los UAV de aplicación militar pueden proporcionar información en tiempo real de las misiones de reconocimiento, vigilancia, selección de blancos y análisis posterior. La coordinación de múltiples UAV es una de las misiones más complejas. Los mismos dispositivos aéreos se pueden emplear también para aplicaciones civiles, como, por ejemplo, inspección de líneas eléctricas desde el aire, control de fuegos y plagas.
En la parte de fabricación de aeronaves, la tendencia más moderna es la utilización de piezas de materiales compuestos, sobre todo fibra de carbono. El proceso de fabricación de estas piezas es tradicionalmente manual. En algunas factorías estas operaciones están robotizadas. Para la inspección de las piezas de fibra de carbono se emplean robots industriales, para las cuales se expide un certificado de inspección por ultrasonidos según procedimientos muy estrictos. Otra aplicación de gran importancia y complejidad en el sector aeroespacial es el control del tráfico aéreo. Otra de las importantes actividades espaciales en tierra es el entrenamiento de los astronautas (cosmonautas). Una de las operaciones terrestres más ligadas a la robótica es la teleoperación y telepresencia tanto de naves como de robots espaciales. La robótica espacial tiene su máximo exponente en la exploración planetaria mediante robots móviles.







Sector eléctrico




Este sector tiene un alto nivel de automatización en las áreas de generación y distribución. Las aplicaciones de la robótica en el sector eléctrico son pocas y muy recientes. Las más destacadas se refieren a la supervisión, mantenimiento y realización de operaciones básicas sobre las líneas de transporte de energía eléctrica. En la actualidad, la totalidad de estas operaciones se realiza de forma manual. Por ello, en España (y en otros países) se han desarrollado sistemas robotizados para el mantenimiento de líneas eléctricas de distribución de hasta 46 kV. Otro posible grupo de aplicaciones de la robótica es la inspección de las líneas de tensión desde el aire mediante sistemas de tipo UAV (Unmanned Aerial Vehicles). En este caso se trata de minihelicópteros autónomos equipados con sensores tanto para la navegación como para la inspección desde el aire de las líneas y los apoyos. Las energías renovables son también uno de los aspectos más interesantes de la automatización del sector eléctrico.






Industria nuclear




La industria nuclear se caracteriza por un elevado nivel de seguridad, por lo que la automatización, unida a una supervisión activa (Figura 12), son las claves de su buen funcionamiento. La inspección periódica de las centrales nucleares es una de las aplicaciones prioritarias. Estas inspecciones centran principalmente su atención a los métodos de ensayos no destructivos. De realizarse manualmente, el tiempo de exposición de los operarios a la radiación es un factor crítico y supone una costosa parada temporal de la central. Otra de las aplicaciones de la robótica en el sector nuclear es la manipulación de residuos radiactivos. Para manipular remotamente estos residuos se hace uso de los telemanipuladores con unión eléctrica y seguimiento directo del proceso por parte del operador a través de una cámara.









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