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.
La visión artificial se encuentra detrás de muchos de los grandes avances en la automatización de la industria ya que permite el control de calidad del 100% de la producción en procesos con altas cadencias de producción.
Un proceso no automatizado puede ser inspeccionado por los propios operarios en el proceso de producción. Sin embargo, en un proceso altamente automatizado, inspeccionar el total de la producción de forma manual es realmente costoso. La inspección por muestreo, es decir, determinar la calidad de un lote analizando una pequeña porción de la producción, se ha utilizado como una solución de compromiso, pero debido a las cada vez más exigentes demandas de calidad del producto final, la inspección por muestreo no es la mejor solución.
Es en este contexto donde surge la necesidad de incorporar sistemas automáticos para el control de calidad, entre los que destacan la inspección visual mediante visión artificial. La capacidad de interpretar imágenes que tienen las personas es muy elevada, adaptándose con facilidad a nuevas situaciones. Sin embargo, las tareas repetitivas y monótonas causan fatiga y provocan que el rendimiento y la fiabilidad de la inspección realizada por los operarios decaigan rápidamente. También se debe considerar la inherente subjetividad humana que hace que dos operarios distintos proporcionen resultados diferentes ante la misma situación. Son precisamente estos inconvenientes los que mejor puede abordar una máquina, ya que no se cansa, es rápida y sus resultados son constantes a lo largo del tiempo.
Es lógico pensar que el objetivo de un sistema de visión artificial trate de emular las virtudes de la visión de las personas. Para ello, lo primero que debemos plantearnos es, ¿con qué vemos? Una simple pregunta a la que el común de los mortales respondería sin dudarlo, “pues con los ojos”. Sin embargo, las personas que nos dedicamos a la visión artificial responderíamos de una forma bastante diferente y diríamos, “con el cerebro”. Análogamente se puede pensar que las cámaras son las encargadas de “ver” en un sistema de visión de artificial, cuando realmente ese proceso lo llevan a cabo los algoritmos de procesamiento de imágenes.
Obviamente, en ambos casos se trata de una simplificación del problema, ya que el proceso de la visión, natural o artificial, no puede llevarse a cabo sin que intervengan tanto ojos/cámaras como cerebro/procesamiento, sin olvidarnos de otro factor clave: la iluminación.
Son muchos los esfuerzos que se han realizado para intentar emular la capacidad humana para procesar imágenes. Es por ello que en los años 50 se comenzó a utilizar el término inteligencia artificial (Artificial Intelligence, AI) para referirse a la capacidad de una máquina para mostrar inteligencia humana. Entre esas capacidades se encuentra la de interpretar imágenes. Por desgracia, nuestro conocimiento sobre el funcionamiento del cerebro aún es muy limitado, por lo que la posibilidad de imitarlo también lo es. El desarrollo de esta idea en el campo de la visión artificial se ha llevado a cabo mediante lo que se denomina aprendizaje automático (Machine Learning, ML) popularizándose en los últimos años con las técnicas de aprendizaje profundo (Deep Learning, DL) aplicadas a la comprensión de escenas. Sin embargo, estas técnicas no tienen tras de sí realmente una inteligencia, si no que se basan en alimentarlas con una ingente cantidad de imágenes previamente etiquetadas por personas. El procesamiento que permite clasificar las imágenes del modo previsto es considerado como una caja negra y realmente, en la mayoría de las ocasiones, no sabemos por qué funciona o no.
La visión artificial aplicada a la industria para el control de calidad no suele disponer de la cantidad necesaria de datos para aplicar estas técnicas y requiere que su comportamiento siempre sea muy previsible, por lo que estas técnicas aún no se han popularizado en la industria. Es por ello que al desarrollar aplicaciones de visión artificial para la industria el objetivo sea resolver problemas bien acotados en los que se seleccionan las cámaras y la iluminación para realzar las características que se desean inspeccionar en la imagen y, posteriormente, se dota al sistema de la capacidad de interpretar las imágenes adquiridas con niveles de error realmente bajos.
Finalmente, los resultados de la inspección son almacenados y utilizados en el proceso de producción, tanto para descartar las unidades que no cumplen con las exigencias de calidad antes de agregarles valor como para mejorar el proceso de fabricación y reducir la producción de unidades defectuosas. Esta información también es utilizada para garantizar que el producto cumple con las condiciones de calidad cuando se entrega al cliente.
Entre las distintas aplicaciones en las que se pueden emplear estas técnicas están la inspección geométrica, la inspección del acabado superficial, la detección de imperfecciones en la fabricación, la clasificación de productos, el control de envasado, análisis de colores y texturas… y un largo etcétera.
En CARTIF hemos llevado a cabo numerosas instalaciones de sistemas de visión artificial. A lo largo de los últimos 20 años hemos instalado sistemas para detectar fisuras y poros en grandes piezas de acero embutido de la carrocería de vehículos; para la detección de la presencia, tipo y correcta colocación de piezas de asientos de coches; para la detección y clasificación de defectos superficiales en acero laminado, la inspección de discos de frenos, la detección de la posición de elementos para su despaletizado, el control de calidad de piezas de plástico o la inspección del termosellado de envases de productos alimentarios.
El control de calidad de los productos que consumimos diariamente se lleva a cabo mediante métodos de referencia que presentan grandes limitaciones en cuanto a la necesidad de realizar un muestreo (que puede ser representativo o no del conjunto), que además conlleva la manipulación e incluso destrucción de la muestra (lo que supone un importante gasto económico) y que no nos ofrece una repuesta inmediata, lo que dificulta la toma de decisiones.
La industria agroalimentaria busca continuamente soluciones de aplicación rápida, directa y sencilla para mejorar los controles de calidad y seguridad de los alimentos, tanto en lo que se refiere a producto final, como en las diferentes etapas de su cadena de producción, empezando por la variabilidad en las materias primas.
La técnica espectroscópica (de infrarrojo cercano) NIR por si sola o combinada con métodos de imagen hiperespectral y empleando en ambos casos herramientas quimiométricas, es una tecnología que permite ahorrar los tediosos, costosos y largos análisis en el laboratorio que el producto requiere habitualmente para controlar su producción.
La tecnología NIR en modo online permite el seguimiento de un proceso y producto sin interferir en el mismo, para llevar un control continuado e individual de la producción y supervisando continuamente la calidad del producto, lo que facilita un ajuste inmediato si fuera necesario, contribuyendo directamente a la rentabilidad de la planta.
Cierto es que esta técnica requiere una preparación previa del equipo con un importante coste asociado, pero a medio plazo, se ve compensado por la facilidad y la rapidez en la respuesta a esta necesidad.
Son muchas las aplicaciones en las que la industria agroalimentaria, durante los últimos 15 años, ha estado aplicando NIR online en sus laboratorios, pero muy pocas las que lo han implementado directamente en la línea de producción, que es donde realmente resultan evidentes sus ventajas.
¿Qué nos aportaría?
Con la información obtenida de cada producto en tiempo real y en la propia línea de procesado, nos facilitaría la toma de decisiones para asegurar su calidad y seguridad.
¿Por dónde empezamos?
Identificando el momento en el que el producto requiere del control de algún parámetro crítico que asegure su calidad.
¿Cómo lo hacemos?
Construyendo calibraciones para cada parámetro en cada momento del proceso que queramos controlar.
En CARTIF estamos seguros de estas ventajas porque llevamos trabajando con esta tecnología más de 15 años. La hemos utilizado con frecuencia para dar soporte a las empresas del sector agroalimentario, comenzando por un diagnostico del proceso para identificar de qué manera, cómo y cuándo resulta más ventajosa y necesaria su aplicación y, desarrollando la metodología para implantarla en la empresa.
A lo largo de estos años hemos desarrollado muy variadas aplicaciones para un gran abanico de productos; desde cereales y leguminosas a piensos, huevos, productos lácteos, carnes, productos cárnicos curados, etc, salvando importantes retos en cuanto a la heterogeneidad de los productos y a la determinación de compuestos minoritarios.
Hoy en día, en CARTIF seguimos trabajando para que las empresas se beneficien de esta tecnología y continuamos avanzando en el desarrollo de nuevas aplicaciones que resulten de gran interés para la industria y en consecuencia para el consumidor, como la identificación de contaminación de alimentos con productos potencialmente peligrosos para personas sensibles, ya sea por alergias o por intolerancias.
El término smart, traducido al español como “inteligente”, ha pasado a formar parte de nuestra realidad cotidiana. Así, si lo introducimos en el buscador Google aparecen cerca de 1,8 millones de entradas, lo que nos da una idea de lo ampliamente extendido que está su uso. Ahora, ya no sólo los teléfonos son inteligentes, sino que también encontramos este término aplicado a relojes, televisores, casas, coches o ciudades.
Se trata de un concepto emergente y su significado está sujeto a constante revisión. Por ejemplo, para nuevos productos que se lanzan al mercado, la palabra smart está relacionada con tecnologías avanzadas. Así ya es posible contestar llamadas o recibir “whatsapps” en un smartwatch. Sin embargo, en ámbitos más globales como las ciudades, el término smart está muy vinculado con la sostenibilidad. Como comenta nuestro compañero Miguel Ángel García Fuentes, una “Smart City” es una ciudad sostenible y eficiente en su ecosistema. CARTIF está impulsando estos procesos de regeneración urbana en 16 ciudades, a través de proyectos como R2CITIES, CITyFiED, REMOURBAN y mySMARTLife, que contemplan intervenciones en los ámbitos de la energía, la movilidad o las Tecnologías de la Información y la Comunicación.
Los hospitales son como pequeñas ciudades. Como ejemplo, un centro sanitario de tamaño medio como el Hospital Universitario Río Hortega de Valladolid, recibe al año más de 250.000 consultas o 25.000 ingresos. Los hospitales son, además, grandes consumidores de recursos naturales (agua y energía) y grandes generadores de residuos. Como datos ilustrativos, un hospital medio consume al año tanta electricidad como la ciudad de Soria, genera en torno a 9.000 toneladas de CO2, el equivalente a 7.000 coches y si hablamos de residuos, las cifras aumentan hasta los 3 millones de kilos anuales. De esta forma, el sector sanitario contribuye de manera significativa al cambio climático (otro término con el que cada vez estamos más familiarizados).
Desde hace 2 años, CARTIF está desplegando este concepto smart en el ámbito sanitario a través del proyecto SMART Hospital, financiado en la convocatoria LIFE de la Comisión Europea. El documento “Healthy Hospitals Healthy Planet Healthy People. Addressing climate change in health care settings” identifica los 7 elementos clave de un hospital sostenible: eficiencia energética, diseño de edificios verdes, generación de energía alternativa, transporte, alimentación, residuos y agua. De entre estos aspectos, en el proyecto LIFE Smart Hospital hemos seleccionado los de eficiencia energética, agua y residuos. Así, la experiencia demostradora que se está llevando a cabo en el Hospital Universitario Rio Hortega incluye la aplicación de mejores prácticas y tecnologías disponibles y formación a medida en cada uno de estos 3 ejes.
En el eje de energía las actuaciones que ya hemos puesto en marcha incluyen la optimización de las calderas, la climatización y la ventilación de los quirófanos o mejoras en la iluminación. En el eje agua, se identificaron qué corrientes se estaban vertiendo al alcantarillado público sin estar suficientemente contaminadas y se plantearon distintas medidas para su reutilización. De esta forma, se ha conducido a los aljibes del hospital el rechazo de la planta de producción de agua para hemodiálisis. Además, el agua de salida de los paneles evaporativos se ha recirculado a la red de fluxores. Así como en los dos anteriores ejes, el concepto “smart” ha supuesto optimizar motores, válvulas o bombas, en el caso de los residuos, el concepto involucra a las personas. Así, se ha dado formación a los 2500 trabajadores del hospital para la adecuada clasificación, segregación y recogida de los residuos.
A lo largo de este año, podremos cuantificar la eficacia de las medidas implementadas, no sólo en términos de ahorros de kWh, litros de agua, kg de residuos o euros, sino también en forma de indicadores ambientales como huella de carbono o huella hídrica. Además, publicaremos un “Libro blanco sobre sostenibilidad en hospitales” que recoja todas estas actuaciones y favorezca la replicación del concepto Smart Hospital a otros hospitales, nacionales e internacionales.
Se trata de una iniciativa de la que estamos muy satisfechos y está suscitando un gran interés entre los diferentes actores involucrados. Así en octubre de 2015, el proyecto recibió el accésit de los premios OMARS, como la segunda mejor acción en sostenibilidad medioambiental en hospitales españoles.
Desde CARTIF animamos a otros centros hospitalarios y grandes superficies (puertos, aeropuertos, supermercados, centros comerciales, parques temáticos, etc.) a aplicar este concepto “smart”, haciendo un uso inteligente de sus recursos y de esta forma conseguir mejoras técnicas, económicas y ambientales de cara a un futuro más sostenible.
