¿Que es Ingeniería
Mecatrónica? El termino "mecatrónica"
fue implementado en Japón a principios de los 80’s y comenzó a ser usado
en Europa y USA un poco después. Este término que fue utilizado
inicialmente por la firma japonesa Yaskawa Electric Company alrededor de
los años 60, conjuntando diferentes disciplinas de ingeniería, surge de la
necesidad que tenía la industria de disponer de ingenieros con
conocimientos multidisciplinarios, de esta manera, se produjo la
interacción de diferentes ramas tecnológicas, originando una nueva área de
aplicación.
Los productos
desarrollados en los años 70 eran esencialmente mecánicos con una pequeña
parte de electrónica o eléctrica integrada. Con esta idea, se integraron
productos tales como puertas automáticas, cámaras fotográficas y controles
automáticos de vehículos. En los años 80, con la introducción de la
informática, se desarrollaron los microcontroladores, los cuales tienen
una aplicación directa en máquinas de control numérico y robots
industriales. Las nuevas tendencias tecnológicas impulsaron al desarrollo
de redes de datos para construir sistemas de manufactura descentralizados,
además de sistemas inteligentes, orientados a sistemas electromecánicos
para el diseño y la manufactura.
"El espíritu de la
mecatrónica rechaza dividir a la ingeniería en disciplinas
separadas".
En un principio, la
mecatrónica se la definió como la integración de la mecánica y la
electrónica en un producto, pero luego se consolidó como una especialidad
de la ingeniería e incorporó otros elementos como los sistemas de
computación, los desarrollos de la microelectrónica, la inteligencia
artificial, la teoría de control y otros relacionados con la informática.
Aunque la
robótica forma parte de la
mecatrónica,
el propósito de esta nueva ingeniería es no sólo hacer robots sino también
la fabricación de lo que los expertos denominan "productos inteligentes",
es decir, aquellos que son capaces de procesar información para su
funcionamiento, gracias a la instalación de dispositivos y sensores
electrónicos especiales. La información en un producto mecatrónico llega a
un conjunto de sensores electrónicos instalados en los aparatos, que van a
un sistema especial que la procesa y manda las órdenes a través de lo que
se conoce como un actuador, que, en muchas máquinas, es un motor.
Actualmente, se puede
tener en casa gran variedad de productos y electrodomésticos de sistemas
mecatrónicos. La historia de que las "tontas" caseteras dejaran enredar
eternamente la cinta en sus cabezas, de calcular las proporciones de agua
y jabón para lavar la ropa o de graduar constantemente el acondicionador
de aire, ya pasó.
Ahora, estos aparatos inteligentes, fabricados con ingeniería mecatrónica,
están dotados de sistemas procesadores de información como "chips" o
microcomputadores, que les permiten funcionar autónomamente, de acuerdo
con las condiciones del medio y, además, avisar cuando algo anda mal. Los
lavarropas, por ejemplo, están diseñados para que sean capaces de medir el
nivel de agua que requieren, de acuerdo a la cantidad de ropa; de medir la
turbiedad del agua y escoger el momento justo para cambiarla; de
identificar el ciclo de lavado, así como la cantidad y el tipo de
detergente y suavizante que más se ajuste a las prendas, mientras el
operador sólo debe encargarse de mantener llenos los recipientes que la
máquina trae para esto. Algo similar sucede con los sistemas
acondicionadores de aire que, ahora, pueden proporcionar al usuario el
clima que desee, de acuerdo a las condiciones que éste le programe. En los últimos años ha
surgido una nueva generación de productos tales como componentes,
dispositivos, equipos, máquinas y sistemas producidos con enfoque
mecatrónico. La lista de los mismos es cada vez mayor. Algunos otros
ejemplos son las secadoras inteligentes, los juguetes y las máquinas de
juego, los robots, las máquinas de control numérico, los cajeros
electrónicos, las sillas de ruedas que reconocen comandos de voz, los
marcapasos, las prótesis, los órganos artificiales, los automóviles
equipados con sistemas de encendido electrónico, suspensión activa,
control de ruido y emisión de gases, entre otros.
Los productos hechos
con ingeniería mecatrónica poseen mecanismos de alta precisión; son
controlados por dispositivos electrónicos reprogramables, para que
funcionen en diferentes condiciones; hacen uso óptimo de los materiales y
energía que consumen; los diseños son más estéticos y ergonómicos, y
tienen lo que se podría llamar una relación "inteligente" con el medio
ambiente. Sistema Animatrónico. Un animatrónico es una réplica de un ser vivo
real o fantástico que recrea sus movimientos y características físicas a través
de la composición de diversas tecnologías, convirtiéndose en una aplicación
ideal de la ingeniería mecatrónica, ya que el desarrollo de este tipo de
dispositivos requiere una aplicación concurrente de los diversos conocimientos
que abarca, con el fin satisfacer la funcionalidad en la integración de sus
diferentes sistemas.
Haciendo una
comparación entre un ser real y un animatrónico, el esqueleto de un animatrónico
es reemplazado por una estructura mecánica; para las articulaciones se utilizan
diversos mecanismos de animación, que pueden ser rotacionales, desplazamientos
lineales, etc, los actuadores funcionan como músculos; la energía en el caso de
los motores, y el aire en el caso de la neumática, se utilizan para dar
movimiento, y la computadora se asemeja al
cerebro.
El proceso común de
algunos fabricantes para producir un animatrónico inicia cuando los
diseñadores gráficos comunican las instrucciones del cliente en dos
dimensiones.
Si el cliente está satisfecho del
carácter y el aspecto del animatrónico, se elabora un modelo en software 3D
y posteriormente un escultor produce una maqueta partir
de la cual se moldeará el cuerpo.
Se toman varios
moldes de la escultura que permite producir la piel de la creación en
el material seleccionado para su recubrimiento. Mientras tanto se diseña el esqueleto mecánico del animatrónico
implementando varias formas de producir efectos de movimiento, que pueden
requerir diversos métodos mecánicos. El control de estos elementos móviles puede
realizarse por ordenador, radio control, titiritero, etc. Finalmente, las dos
partes; interna y externa se unen para formar todo un sistema de animación.
La industria del cine y el entretenimiento
han requerido del empleo de este tipo de tecnologías para lograr los efectos
especiales en sus películas, comerciales, programas de televisión y museos.
Desde entonces su proceso de producción ha sido obra de la chatarrería, ya que
su mercado es de enfoque personalizado, es decir, no es el tipo de producto en
el cual una vez diseñado se producen cientos o miles de unidades, por lo que
resulta difícil establecer una línea de producción masificada; debido a que el
producto que requiere cada cliente es especializado. El alto impacto visual
que generan los sistemas animatrónicos pone al descubierto un buen método
para ser implementado como estrategia de atracción y entretenimiento. La
publicidad es un área que se ha caracterizado por explotar al máximo el
ingenio y la creatividad, la cual, integrada con esquemas de diseño en
ingeniería podría satisfacer la necesidad de innovación en estas estrategias
publicitarias.
La imagen corporativa de muchas
empresas involucra elementos fácilmente representables por medio de la
animatrónica, como animales o mascotas en particular, por tal motivo existen
oportunidades para implementar este tipo de tecnología, y de alguna manera
reformar la tendencia actual en técnicas publicitarias y de entretenimiento.
Este proyecto fue desarrollado en el 2003 y
su alcance se limitó un prototipo parcial donde se aprecia la integración de los
diversos sistemas que forman el producto mecatrónico, no se completó la etapa de
la apariencia estética exterior o recubrimiento debido a que
se encuentra en espera de algún patrocinio que permita finalizar su construcción.
El sistema electrónico mostrado en la figura;
basado en un microcontrolador de Microchip fue desarrollado para el control
del sistema animatrónico, el cual se asemeja al cerebro en la comparación
realizada anteriormente frente a un ser vivo. Este se encarga de la
manipulación y procesamiento de la información, brindando cierto grado de autonomia a algunas de sus funciónes. Este animatrónico posee
cinco grados de libertad que animan los movimientos básicos del rostro,
gesticula las grabaciones de voz
reproduciendo un
disco compacto con capacidad de 80 minutos
de audio, responde a estímulos
externos utilizando sensores de movimiento. Posee una
interface con el PC para la descarga y actualización de sus rutinas de
movimiento. Dimensiones 750 x 500 x 400 mm.
Video Clips. Sistema Haptic (Sistema de Realimentación Tactil).
La realidad virtual es un campo de la ciencia
basado en la generación de sistemas que permiten simular situaciones reales que
interactúan con el ser humano, inicialmente se generaban aplicaciones simples en
los cuales se exhibían ambientes tridimensionales basados en periféricos que
permitían a los usuarios tener cierto grado de inmersión, tales periféricos, en
el caso más común consistían en un casco de visualización y un guante de datos,
sin embargo estos sistemas no presentaban alto desempeño al generarse
aplicaciones en las cuales se requiere precisión y destreza para manipular
objetos tridimensionales, es aquí donde los sistemas de realimentación táctil
(haptics)
juegan un papel importante , al permitir al usuario experimentar colisiones y
restricciones espaciales, así como también las fuerzas y los movimientos
realizados por los cuerpos generados por la simulación en los computadores.
Los haptics vienen en distintas
configuraciones y cada diseño depende del campo de aplicación.
Comercialmente
para interactuar con los videojuegos
están disponibles los joysticks,
con los que se pueden sentir las
vibraciones producidas por los motores de los automóviles o los movimientos
ocasionados por el terreno en el que conducen, otros muy reconocidos entre
los videojuegos son los joysticks implementados para los simuladores de
vuelo. Existen
otros
sistemas para simulación y
entrenamiento en
áreas
muy específicos,
como
es el caso de un
simulador para laparoscopia
utilizado en la medicina.
Además
de otros sistemas que implementan este tipo de tecnología, cada vez nacen nuevos
proyectos y desarrollos en este campo de la realidad virtual y son infinidad de
universidades e instituciones las que ven en esta rama de la ciencia un futuro
prometedor que permitirá algún día cambiar por completo la forma de
comprender y aprender del mundo que nos rodea.
Con el fin de mejorar la calidad educativa y
las ayudas didácticas aplicadas en el curso de sistemas dinámicos en la facultad
de ingenierías de la Universidad Autónoma de Occidente se desarrolló un sistema
haptic para implementarlo en los laboratorios, esto permite a los estudiantes
aprender a modelar y analizar sistemas dinámicos haciendo uso del sentido del
tacto además de experimentar los efectos de fenómenos físicos tales como
viscosidad, amortiguación, rigidez e inercia, enlazando de esta manera
principios teóricos con la realidad física en un ambiente virtual.
Utilizando
este laboratorio virtual, el estudiante dispone de una guía que incluye el
software con la cual puede construir el sistema dinámico virtual ingresando los
parámetros deseados de los coeficientes de masa, resortes y amortiguadores.
A través del
éste hardware
también llamado manipulandum, tendrá un contacto físico real con el que
sentirá que está manipulando una masa unida a resortes y amortiguadores
gracias a un tren de engranes acoplado a un freno magnético implementado como actuador, logrando disipar la
fuerza aplicada sobre la palanca.
El comportamiento del
sistema es visualizado en el software graficando las
variables de posición, velocidad y a aceleración, además de analizar otros conceptos
típicos de los sistemas dinámicos como
frecuencia natural, factor de
amortiguamiento, tiempo
de estabilización, etc.
El software también es
compatible con los joysticks comerciales como el SideWinder Forcefeedback 2 de
Microsoft.
PERFIL PROFESIONAL
(Curriculum). Los Ingeniero Mecatrónicos
están preparados para crear, desarrollar, implementar, operar y mantener
productos, procesos y sistemas que integren diversas tecnologías tales como la
mecánica, la electrónica y la informática, entre las más comunes. Dicha
integración se realiza de manera concurrente mediante la aplicación de métodos
de diseño, con el fin de lograr un aprovechamiento óptimo de los componentes de
modo que el conjunto cumpla especificaciones de funcionalidad, apariencia,
costo, relación con el entorno y demás requerimientos propios de un sistema de
cierta complejidad tecnológica.
Para ejercer estas disciplinas de
la ingeniería poseen el conocimiento de las ciencias básicas, la mecánica, el
diseño gráfico, la electrónica, la instrumentación, los servoactuadores, los
microprocesadores, la programación de autómatas, la informática y el desarrollo
de software, los sistemas de control y sistemas inteligentes, los procesos de
manufactura, la robótica, el diseño y desarrollo de productos mecatrónicos, la
gestión tecnológica, la administración, los proyectos de ingeniería y su
relación con el ecosistema y otros conocimientos derivados de los anteriores,
que en su sinergia logran la concepción de los denominados productos o procesos
inteligentes, es decir, aquellos que son capaces de procesar información y
reaccionar ante eventualidades para lograr que su funcionamiento sea autónomo.
Oscar Gómez, Ingeniero Mecatrónico.
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