El uso de entornos informáticos en el ámbito de la ingeniería mecánica ha crecido significativamente en las últimas décadas. La mayoría de las empresas del sector conocen las ventajas de los sistemas de diseño (CAD) e ingeniería (CAE) asistidos por ordenador. Las tareas tradicionales asociadas al proyecto de elementos de máquinas, estructuras y procesos de fabricación se pueden ver muy simplificadas. El mayor partido se obtiene cuando equipos interdisciplinares comparten modelos de manera que proyectistas, analistas y proveedores puedan evaluar diversas alternativas, comprender decisiones de diseño y colaborar para cumplir los requerimientos de funcionalidad, calidad y coste. Esta interacción requiere sistemas de gestión consensuados, entornos multiplataforma y capacidades de almacenamiento y cálculo local y en la nube para aprovechar al máximo su potencial.
Los entornos de simulación ofrecen nuevas capacidades para resolver problemas más complejos. La mayor ventaja del análisis por elementos finitos es que puede manejar ecuaciones acopladas capaces de describir diversos problemas físicos de interés en la industria. A los tradicionales cálculos para determinar trayectorias, tensiones y deformaciones en estructuras, mecanismos y ensamblajes mecánicos, se añaden ahora cálculos de interacción de esos sistemas con los fluidos que les rodean, permitiendo abordar problemas de combustión en calderas de biomasa, de socavamiento en pilas de viaductos o de vibraciones en estructuras esbeltas debidas al desprendimiento de torbellinos.
El uso eficiente de estas herramientas permite a las empresas acelerar la innovación, evaluando en poco tiempo las distintas alternativas de diseño, realizar experimentos sobre los prototipos, conocer el rendimiento real del producto, calibrar el modelo virtual, simularlo ante otras condiciones no ensayadas y proceder a la optimización antes de su salida al mercado. Sin embargo, algunas empresas no son capaces de asimilar todo el potencial de sus inversiones en software, ya que en ocasiones la simulación continúa desconectada de la línea de producción y no se completa el ciclo metodológico comentado anteriormente. Pensando en ellas, en CARTIF ofrecemos servicios tecnológicos de diseño, simulación, prototipado y ensayo, abarcando desde el diseño conceptual hasta la supervisión de su fabricación y rodaje, aplicado a los sectores de automoción, energías renovables, químico, edificación, infraestructuras y maquinaria industrial y agrícola.
Uno de las aplicaciones más interesantes de la cadena de bloques son los contratos inteligentes (smart contracts). Mientras que un contrato tradicional se limita a recoger el acuerdo entre las partes, un contrato inteligente va un paso más allá y hace que se cumpla lo acordado ejecutando él mismo los pagos, reembolsos o transferencia de bienes acordados. Para ello, el contrato se convierte en un programa de ordenador que de manera automática verifica el cumplimiento de las condiciones del contrato y automáticamente ejecuta lo que se haya estipulado. Los contratos inteligentes suelen estar limitados a acuerdos muy específicos y concretos y la tecnología de cadenas de bloques asegura su cumplimiento sin que haya confusiones ni oportunidad para posteriores litigios. Los contratos inteligentes abaratan los costes al no necesitar de intermediarios supervisores (notarios o abogados), agilizan el proceso y permiten una auditoria inmediata. Una plataforma de cadenas de bloques que permite la gestión de contratos inteligentes es Ethereum.
Los contratos inteligentes aplicados a la distribución de energía podrían desempeñar las funciones de los algoritmos de control que se encargan, por ejemplo, de desviar el exceso de energía hacia los recursos de almacenamiento o de tomar energía de ellos cuando haya necesidad. Una primera aproximación a los contratos inteligentes en el ámbito energético es POWR de la start-up Oneup. Se trata de un prototipo que funciona en un vecindario cuyas casas disponen de paneles fotovoltaicos. La energía que no es consumida en la propia casa se ofrece a los vecinos y es facturada mediante un sistema basado en la cadena de bloques. El contador de cada casa está conectado a un pequeño ordenador (un Rasperry Pi) con acceso a la red de datos. Cada Rasperry Pi alberga una copia del contrato inteligente que continuamente comprueba si se dan las condiciones estipuladas en el contrato. En cuanto se cumplen, bien sea para suministrar energía, bien sea para recibir energía, el contrato inicia la transferencia de energía de manera automática y realiza los pagos o cobros correspondientes en su propia criptomoneda.
Otro ejemplo lo encontramos en Nueva York. El proyectoBrooklyn Microgrid consiste en crear una microrred entre vecinos del barrio. Estos instalan paneles solares en sus tejados con la intención de autoabastecerse de energía y asegurarse el suministro en caso de apagón. Sin embargo, también pueden vender a sus vecinos la que les sobra o comprarles a ellos su excedente en caso de necesidad. Este mercado entre pares es posible gracias a la tecnología de TransActive Grid, un proyecto de LO3 Energy y ConsenSys basado en Blockchain, concretamente en Ethereum. El proyecto estudia cómo podría llegar a ser una red de distribución gestionada autónomamente por una comunidad de usuarios. En el futuro podría llegar a ser una cooperativa formada por los vecinos y que fuera la dueña de la microrred.
Pero mientras los contratos inteligentes en la distribución de energía se hacen realidad, ya hay en marcha proyectos demostrativos de las posibilidades de la cadena de bloques en el sector energético. El primer ejemplo lo encontramos en Sharge. Se trata de facilitar la recarga de un coche eléctrico en cualquier enchufe particular, de manera que podamos recargar nuestro coche en una casa ajena. Las personas en la red instalan en su casa un pequeño aparato llamado Sharger al que se enchufa el coche. Este aparato contiene la electrónica que ejecuta Blockchain. Una idea muy similar se está desarrollando en el marco del proyecto BlockCharge, que involucra a las empresas Slock.it y RWE. En ambos casos el objetivo es desarrollar un sistema de pagos para la recarga de vehículos eléctricos que incluye una moneda virtual, no necesita contrato y tampoco intermediarios.
También hay iniciativas que utilizan una criptomoneda para recompensar a los productores de energía solar, como “solarcoin”. Otras iniciativas se acercan al Internet de las Cosas al facilitar el intercambio de energía entre máquinas, como es el caso de Solether.
Blockchain es una tecnología que podría beneficiar a los usuarios de energía eléctrica y podría fomentar el uso de las energías renovables. También daría más importancia al consumidor en el sistema eléctrico. A la vez que la tecnología se prueba y desarrolla, habría que ir pensado en las normas legales que frenarían la adopción de esta tecnología y que deberían ser modificadas.
“Blockchain” o cadena de bloques es la tecnología que está detrás de Bitcoin, la criptomoneda virtual que se ha hecho famosa por ser la primera de su clase y porque se ha relacionado con asuntos turbios. También es la tecnología que está detrás de Ethereum, que además de servir como base para una criptomoneda permite la realización de contratos inteligentes (smart contracts). La cadena de bloques está atrayendo la atención de muchos sectores porque promete cambios radicales que podrían beneficiar a los usuarios de la banca o del mercado eléctrico, entre otros sectores. En esta entrada del blog intentaré explicar qué es y cómo funciona la cadena de bloques y en otra entrada posterior hablaré sobre su posible uso en el sector eléctrico.
Una cadena de bloques es un libro de registro en el que se anotan transacciones entre dos partes, como por ejemplo “el 3 de abril Juan vendió 3 kilos de patatas a Antonio por 1,05 euros”. La misma naturaleza de la cadena de bloques impide que los registros contenidos en ella puedan ser alterados de manera maliciosa. Una de las características de la cadena de bloques es que esta seguridad no proviene de un supervisor externo que certifique la autenticidad de los registros, sino que surge del consenso entre todos los participantes de la cadena de bloques. Esto tiene consecuencias importantes. Por ejemplo, cuando la cadena de bloques se aplica a un medio de pago como es Bitcoin,deja de ser necesario un banco que intermedie en la transacción y que verifique su cumplimiento correcto. También deja de ser necesaria una moneda tal como la conocemos.
Una cadena de bloques es una aplicación descentralizada que funciona sobre la base de un protocolo P2P (peer-to-peer, al igual que el popular BitTorrent), que implica que todos los nodos participantes en la cadena de bloques están conectados entre sí. El libro de registro se almacena en todos los nodos, de manera que en todos ellos se puede encontrar una copia íntegra de él. El último elemento necesario para tener una cadena de bloques es un sistema que valide los datos mediante un mecanismo de verificación descentralizado.
El último elementoes el más importante en una cadena de bloques porque es el que asegura que no se hagan cambios en el libro de registro. Se basa en el consenso entre todos los nodos y hay varias maneras de llevarlo a cabo. Las más populares son la prueba de trabajo (proof-of-work) y la prueba de participación (proof-of-stake).
La prueba de trabajo es el mecanismo de consenso más habitual y se basa en resolver un problema que requiere cierto esfuerzo de computación. El problema consiste en obtener un código llamadohash a partir del contenido de un bloque (un bloque es un conjunto de anotaciones recientes en el libro de registros). El hash es único para cada bloque y no puede ser igual para bloques diferentes. La manera de certificar que las transacciones son auténticas es el consenso sobre el valor del hash que deber ser alcanzado entre todos los participantes de la cadena de bloques. Si la mayoría encontrara que el valor del hash no es el que debería ser entonces no se darían por válidas las transacciones contenidas en el bloque.
Las aplicaciones basadas en Blockchain se pueden dividir en tres categorías según su estado de desarrollo. La categoría “Blockchain 1.0” comprende las monedas virtuales como Bitcoin, que puede usarse como una alternativa a las monedas reales. El siguiente estado de desarrollo es “Blockchain 2.0”, que corresponde a los contratos inteligentes. Un contrato inteligente es un conjunto de cláusulas acordadas entre las partes que de manera automática se verifican cuando se dan las condiciones estipuladas. Esto se hace sin la necesidad de un tercero que verifique que ninguna de las partes cambia las cláusulas o elude sus obligaciones. Y, finalmente, “Blockchain 3.0” corresponde a un contrato inteligente más avanzado en el que unidades distribuidas y autónomas funcionan según sus propias leyes con una alto grado de autonomía. Por el momento esto sólo es una idea que no se ha desarrollado.
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.
Los suelos artificiales, denominados también tecnosuelos, tecnosoles o tecnosoil son suelos elaborados a base de mezclas de diferentes residuos no peligrosos y subproductos. Estos tecnosuelos habitualmente son complementados con otras materias primas para su aplicación, tanto en la mejora de suelos agrícolas, como en la restauración de zonas degradadas.
Las principales aplicaciones de los tecnosuelos son: enmienda para los suelos agrícolas, material para la recuperación de suelos y aguas degradados y/o contaminados, cubrición de escombreras, empleo en zonas afectadas por obras urbanas e infraestructuras (rotondas, bordes de los viales y zonas ajardinadas no recreativas), material para recuperación de minas y canteras o suelos degradados por erosión, incendio o pérdida de la capacidad productiva.
La elaboración de las mezclas para conseguirlos tiene una doble finalidad: por un lado, se valorizan residuos, minimizando los potenciales impactos ambientales derivados de una mala gestión de los mismos, y por otro lado, se recuperan suelos degradados sin costes excesivos.
La idea es aprovechar todos los recursos disponibles en el mercado para valorizarlos y transformarlos en las mejores enmiendas, abonos y tecnosuelos, imprescindibles para la óptima gestión de los suelos agrícolas o para la correcta restauración de suelos y espacios ambientalmente degradados. De esta forma además se genera riqueza y se consigue evitar la eliminación innecesaria de múltiples residuos y productos actualmente infrautilizados, aptos para su reincorporación a un nuevo ciclo de vida útil, manteniendo un modelo ambiental y económicamente sostenible que además favorece la lucha contra el cambio climático.
En CARTIF tenemos una interesante línea de investigación en suelos y sustratos, en la que actualmente tenemos varios proyectos en marcha. Uno de los más interesantes es el SUSTRATEC, un proyecto colaborativo en el que estamos buscando nuevos sustratos tecnológicos que van a tener una capacidad auto-fertilizante, así como de captación de contaminantes atmosféricos. Se trata de crear «suelos a la carta» y enmendar los suelos agrícolas atendiendo a las diferentes problemáticas.
En este proyecto, los tecnosuelos se van a obtener a partir de lodos de estaciones depuradoras (industrial y agroalimentarias) que se van a complementar con otras materias primas como espumas de azucarera, cáscara de mejillón, residuos de café y de poda, además de otros aditivos.
Uno de los principales elementos innovadores será la inclusión de bacterias encapsuladas por sus efectos beneficiosos en el terreno: mejora de la fertilidad debido a su capacidad para fijar nitrógeno.
En definitiva, pensamos que la producción y uso de suelos artificiales será cada vez mayor en zonas eminentemente agrícolas y también en zonas ajardinadas de ciudades porque fijan contaminantes atmosféricos y contribuyen a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Otro paso más hacia un medio ambiente más limpio y saludable para todos.
Uno de los retos más importantes que tiene que afrontar nuestra sociedad es conseguir transformar nuestras ciudades, de manera que entre todos construyamos lugares más accesibles, sostenibles y eficientes. Nuestras ciudades se encuentran inmersas en las etapas iniciales de esta transformación, intentando adaptarse a los nuevos retos sociales del siglo XXI. Para ello cuentan con planes de transformación urbana cuyos objetivos, aun siendo muy interesantes y ambiciosos, distan de ser totalmente atractivos para los ciudadanos porque carecen de un aspecto fundamental: la integración. Por tanto, nos queda mucho camino por recorrer.
Partiendo de la premisa de que una ciudad es de sus habitantes, es necesario reforzar esta idea para que los ciudadanos sean el centro de estos cambios participando en el proceso. Cualquier acción desplegada en una ciudad debe responder a sus propios retos y éstos, a su vez, deben haber sido identificados contando con sus ciudadanos.
La buena noticia es que, para llevar a cabo esta necesaria transformación de ciudades, no partimos de cero. En casi cualquier ciudad europea de tamaño medio nos podemos encontrar con planificaciones a medio o largo plazo en los principales sectores que regulan nuestras vidas, como los referentes a planificación urbana, con los planes urbanísticos; el sector energético, con planes energéticos y de despliegue de energías renovables o el sector medioambiental en el que la mayoría de ciudades cuentan con planes de reducción de emisiones e incluso con estrategias de adaptación al cambio climático. Respecto a movilidad, nos encontramos con estrategias de movilidad eficiente y sostenible y, finalmente, los planes de desarrollo digital y económico, entre los que podemos encontrar las agendas digitales o los planes de desarrollo económico local respectivamente.
La mala, es que todos estos planes se articulan en acciones individuales muy ambiciosas, que persiguen un alto impacto, pero que carecen de una visión integradora que permita identificar sus interrelaciones y los efectos que van a producir en la ciudad y quienes la habitan. Esta integración permitiría, además, poder priorizar estas acciones.
Uno de los aspectos más atractivos de estas nuevas ciudades será su transformación en polos económicos más atractivos para las inversiones y los negocios. De forma ideal, este nuevo ecosistema dependerá en menor medida del exterior y se basará en un concepto de economía local sostenible, liderado por las necesidades de la ciudad y que se fortalecerá con los nuevos servicios digitales desarrollados en un espacio de co-creación y co-diseño. Como consecuencia, el refuerzo del tejido económico de la ciudad aumentará su atractivo y provocará la fijación de talento local y el desarrollo de nuevas empresas, sobre todo bajo los nuevos modelos empresariales emergentes; emprendeduría, start-ups y pymes.
Las nuevas generaciones de Proyectos Faro Smart City, como nuestro último proyecto mySMARTLife, promueven esa nueva visión integradora de un nuevo modelo de ciudad. El concepto de transformación urbana planteado en mySMARTLife está basado en la generación de planes urbanos integrales, que permitirán la realización de una planificación de ciudad más eficiente, promoviendo el desarrollo de una estrategia de transformación urbana basada en el fortalecimiento de la participación ciudadana, el desarrollo de un ecosistema económico local para la creación y mantenimiento de empleo alrededor de los nuevos servicios de ciudad y que será el resultado del despliegue del plan integral urbano de la ciudad.
Las ciudades de Nantes (Francia), Hamburgo (Alemania), Helsinki (Finlandia), Varna (Bulgaria), Bydgoszcz (Polonia), Rijeka (Croacia) y Palencia (España), han aceptado formar parte de este reto.
Pero no son las únicas. Docenas de ciudades en toda Europa y en el resto del mundo ya están inmersas en proyectos smart city, beneficiándose de los esfuerzos conjuntos de investigadores, empresas y municipalidades en buscar soluciones a los problemas que plantea la convivencia en grandes urbes.
Sólo en CARTIF, trabajamos con más de 100 ciudades europeas a través de nuestros proyectos smart city. Un desafío apasionante.
