por Fernando Gayubo Rojo | Abr 4, 2017 | Blog CARTIF, Construcción y Patrimonio
Iniciativas públicas como ‘Industria Conectada 4.0’ están articulando medidas que permitan al tejido industrial beneficiarse del uso intensivo de las TICs en todos los ámbitos de su actividad. Estas iniciativas están ligadas al término Industria 4.0, que hace referencia al reto de llevar a cabo la 4ª Revolución Industrial a través de la transformación del sector industrial mediante la incorporación de tecnologías habilitadoras: impresión 3D, robotización, sensores y sistemas embebidos, realidad aumentada, visión artificial, mantenimiento predictivo, ciberseguridad, trazabilidad, big data, etc.
El sector de la construcción, como el industrial, está inmerso en una profunda metamorfosis ante la irrupción de estas nuevas tecnologías. La crisis económica ha sido muy intensa en este mercado. Como estrategia para su recuperación debe afrontar su particular revolución, aprovechando al máximo las oportunidades que ofrecen las tecnologías habilitadoras. De ahí surge el concepto ‘Construcción 4.0’, que hace referencia a la necesidad de digitalizar la construcción mediante la incorporación de tecnologías habilitadoras adaptadas a sus particularidades.
En el sector de la construcción (como en el industrial) es la primera vez que una revolución se construye “a priori”, lo que nos da la oportunidad tanto a empresas como a centros de investigación, de participar activamente en el futuro.
En CARTIF trabajamos en esa línea a través de proyectos que aplican estas tecnologías. En el caso del BIM, (Building Information Modeling) que propone gestionar el ciclo completo de los proyectos a través de una maqueta digital 3D, desarrollamos mejoras para incluir a todos los actores de la cadena de valor.
En cuanto a la impresión 3D, metodología que permite construir los objetos capa por capa, consiguiendo piezas singulares o con geometrías complejas, CARTIF aplica tecnologías para la impresión directa sobre superficies verticales para la rehabilitación de fachadas.
Si hablamos de robotización, además de crear robots específicos para ciertas tareas, se adaptan máquinas existentes aumentando su autonomía y la seguridad de los operarios. En esta línea, colaboramos en desarrollar tecnologías de monitorización y navegación para el guiado automático de maquinaria y para detectar situaciones de riesgo entre maquinaria y operarios.
Con todas estas innovaciones, el futuro de la construcción se presenta prometedor, siempre que se tenga en cuenta la investigación como base imprescindible para su crecimiento.
por Fernando Gayubo Rojo | Ene 31, 2017 | Blog CARTIF, Construcción y Patrimonio
Cuando circulamos por las carreteras nuestra seguridad depende del estado del pavimento. La información en tiempo real proporcionada por sensores embebidos puede ayudar a tomar medidas antes de que se produzcan situaciones de deterioro (riesgo). Una cuestión interesante respecto a la tecnología de sensorización es ¿cómo proveer de energía a estos sensores autónomos? La respuesta actual pasa por elegir entre dispositivos piezoeléctricos o transmisión eléctrica inalámbrica
El objetivo fundamental del pavimento de las carreteras es prestar a los usuarios un servicio de calidad que satisfaga sus necesidades de movilidad durante el tiempo de vida para el que sea concebido. Una situación de deterioro, genera un mayor riesgo de sufrir un accidente, más incomodidad en la conducción, más gasto de combustible, más deterioro del vehículo, más emisiones nocivas a la atmósfera…
La Asociación Española de la Carretera (AEC) ha publicado en mayo de 2016 el informe «Necesidades de inversión en conservación«, destacando cómo el estado de conservación de las vías en nuestro país continúa empeorando. De seguir esta tendencia, antes de 2020 será necesario reconstruir buena parte de la red.
Coincido con los expertos en que la conservación de nuestras carreteras no puede dejarse en manos del azar: ni depender de que situaciones de crisis obliguen a reducir el presupuesto, ni esperar a la aparición de situaciones irreversibles.
En estas circunstancias, se hace más necesario seguir desarrollando nuevas tecnologías y metodologías que apoyen la gestión de infraestructuras y que permitan conservar y rehabilitar nuestra red viaria al menor coste económico y medioambiental.
Instrumentación con sensores embebidos en el firme
El tráfico y las condiciones ambientales/meteorológicas, agravadas por los problemas relacionados con el cambio climático, afectan significativamente al deterioro del firme de nuestras carreteras.
El número de ejes, la carga por eje, la velocidad de circulación de los vehículos… afectan al comportamiento estructural del firme. La radiación solar, la lluvia, los gradientes térmicos, los ciclos hielo-deshielo, las sales fundentes empleadas contra el hielo o el derrame de aceites y combustibles, entre otros factores, tienen un impacto significativo en la vida del pavimento y en su fatiga.
Es necesario un mantenimiento preventivo basado en información del estado del firme y encaminado a prevenir la aparición de este deterioro o a subsanarlo rápidamente mediante actuaciones de reparación y mantenimiento.
Para evaluar el estado de un firme se emplean, habitualmente, la inspección visual y la auscultación periódica. Una alternativa dinámica es la instrumentación con sensores embebidos en el firme. Con la monitorización continua, se pretende que quienes toman las decisiones puedan conocer, en tiempo real, el estado del firme.
Experiencias como las del proyecto CENIT OASIS, en las que colaboramos con OHL Concesiones y GEOCISA, avalan esta alternativa -no exenta de dificultades- como que los sensores superen las condiciones agresivas durante el extendido y la compactación, o alimentar los sensores durante el tiempo de vida de un pavimento asfáltico que se sitúa entre los 20 y 30 años.
En este segundo aspecto, como no siempre se dispone de alimentación eléctrica cableada o para superar los problemas de la flexibilidad del cableado, un reto tecnológico significativo, es empotrar en el pavimento sensores autónomos, con alimentación no cableada y comunicación inalámbrica ¿Cómo proveer de energía a los sensores sin cables y durante el tiempo de vida del pavimento?
¿Dispositivos piezoeléctricos vs. alimentación inalámbrica?
Frente a la alimentación con baterías que, al tener una energía limitada, requieren una sustitución periódica o una recarga, se puede alimentar los sensores autónomos con energía captada de la propia carretera, por ejemplo, mediante dispositivos piezoeléctricos.
A finales del siglo XIX, los hermanos Pierre y Jacques Curie denominaron «efecto piezoeléctrico» al fenómeno que ocurre en determinados cristales que al ser sometidos a presión o a un movimiento mecánico, generan energía eléctrica. En la carretera, parte de la energía del vehículo se convierte en deformación vertical del firme que se puede transformar en energía eléctrica mediante los dispositivos piezoeléctricos. La cantidad de energía generada depende del número de vehículos que pasen.
En el proyecto CIEN REPARA 2.0, en el que estamos trabajando actualmente, hemos optado por otro camino. Estamos investigando en colaboración con Sacyr Construcción, Acciona Infraestructuras, Repsol, Fractalia, CHM, Cemosa, Solid Forest e Inzamac, la recarga de las baterías de los sensores autónomos mediante transmisión eléctrica inalámbrica.
También a finales del siglo XIX, Nikola Tesla propuso lo que se conoce como “efecto Tesla”. En este caso, las variaciones en el flujo magnético tienen la capacidad de transmitir electricidad a distancia sin necesitar soporte sólido o algún tipo de conductor. En la carretera, periódicamente se recargarían las baterías de los sensores según sus necesidades de potencia (principalmente definida por la transmisión de datos). La transferencia de energía tiene un alcance limitado.
La eficiencia de ambas tecnologías es, ahora mismo, un aspecto crítico.
¿Curie vs Tesla? Realmente, enfrentar estas tecnologías (utilizar “versus” con el significado de “contra” o “frente a”) no es una expresión afortunada. Ambas tecnologías abren un mundo de oportunidades para nuevas aplicaciones, pero ¿son también complementarias? ¿qué opináis?
por Fernando Gayubo Rojo | Jun 27, 2016 | Blog CARTIF, Industria
En julio de 2015 nos sorprendimos con la noticia de que un trabajador de la planta de Volkswagen en Baunatal (Alemania) había muerto después de que un robot lo agarrara por el pecho y lo aplastara contra una placa metálica. Se atribuyó el suceso a un “error humano”. El portavoz de Volkswagen apuntó que “el robot no era de los de última generación de máquinas que trabajan codo con codo con los trabajadores en la línea de producción”.
La aplicación de los robots en procesos industriales está muy extendida en el sector industrial (principalmente en automoción) donde realizan multitud de tareas, principalmente secuenciales, repetitivas y a gran velocidad. No son frecuentes los accidentes vinculados con robots. Los pocos que se producen ocurren durante las operaciones de mantenimiento, ajuste, programación… Durante su funcionamiento cotidiano los robots industriales están en jaulas de seguridad, precisamente para prevenir incidentes en el contacto con los humanos.
Sin las medidas de seguridad adecuadas, los robots industriales tradicionales pueden producir gravísimos accidentes por aplastamiento, por atrapamiento (ocurre cuando el brazo, pierna u otra parte del cuerpo de un trabajador queda atrapada entre el robot y otra parte del equipo), por colisión o impacto (cuando el movimiento de un robot se vuelve impredecible y golpea al trabajador) o por proyección de materiales (cuando una parte del robot, de la herramienta o del producto manipulado, se rompe y sale disparada y golpea a un trabajador).
Ha sido obligatorio, por normativa de aplicación en toda la UE, dotar a toda el área de alcance del robot industrial de un perímetro de seguridad suficientemente dimensionado que evite el acceso al robot cuando esté en operación. En caso de ser necesaria la entrada a esta zona, el trabajador debe realizar algún tipo de acción que detenga al robot, facilitando el acceso. Las normas armonizadas ISO 10218-1 e ISO 10218-2: “Requisitos de seguridad para robots industriales” contienen los requisitos mínimos para el funcionamiento seguro de estos robots industriales.
Esta “separación” entre trabajadores y robots en un entorno industrial se va debilitando gracias a los robots colaborativos ya disponibles en el mercado (familia de robots UR de Universal Robots, YuMi de ABB, robot LBR iiwa de KUKA…) y a la nueva norma ISO/TS 15066:2016 “Robots colaborativos” que especifica los requisitos de seguridad para los sistemas de robot industrial colaborativos. La norma describe diferentes conceptos de colaboración y los requisitos necesarios para lograrlos. La ISO señala que la operación de colaboración es un campo en desarrollo y que la nueva especificación técnica probablemente evolucionará en ediciones futuras.
Los robots colaborativos se diseñan para funcionar en un espacio de trabajo compartido con los trabajadores y sin la necesidad de las protecciones convencionales, jaulas de seguridad o barreras de seguridad. La principal premisa en el diseño de estos robots es la seguridad de los trabajadores (primera ley de la robótica de Asimov: “Un robot no hará daño a un ser humano”). Estos robots están diseñados para trabajar codo con codo con los trabajadores.
La cercanía de trabajadores y robots requiere un gran diseño en materia de seguridad, basado en una combinación de diseño mecánico para el manipulador y de medidas de control para supervisar que el robot funciona con seguridad en todo momento en el entorno en el que se coloca. Así, más que hablar de robots colaborativos, en CARTIF hablamos de espacios de colaboración seguros entre trabajadores y robots (espacios colaborativos). No sólo es seguro el robot; también lo son la aplicación y el entorno de trabajo.
Para garantizar la seguridad se pueden utilizar distintas tecnologías y medidas de seguridad. Se pueden diseñar los robots ligeros, sin puntos de cizallamiento o corte, con geometrías redondeadas, superficies lisas y componentes deformables o elásticos. Se puede limitar la velocidad, aceleración y potencia del robot. Para detectar colisiones se pueden integrar sensores de corriente, fuerza, torsión. Se puede ajustar el movimiento en tiempo real del robot con sensores táctiles y de proximidad. Para ser “conscientes del entorno colaborativo” se pueden añadir sistemas visuales basados en tecnologías de visión artificial 2D/3D.
En general, los robots colaborativos son similares a los robots industriales tradicional pero más pequeños y ligeros, menos rápidos y potentes, más económicos y fáciles de instalar y configurar. Estos robots no necesitan ser rápidos ni potentes ya que se diseñan especialmente para interactuar con los trabajadores. Como indican los expertos, en un entorno colaborativo, el trabajador puede aportar habilidad, flexibilidad y, sobre todo capacidad de identificar, entender y resolver problemas, y el robot ofrecer repetibilidad, precisión y aguante. No obstante, la norma ISO/TS 15066:2016 no limita las capacidades del robot en aplicaciones colaborativas.
