Bionic Learning Network
Inspirado en la naturaleza
La estética de la naturaleza fascina al hombre. Por lo tanto, no sorprende que seres vivientes de movimientos especialmente elegantes sean fuente de inspiración para los nuevos proyectos del Bionic Learning Network de Festo. Por su estructura y cinemática, AquaJelly y AirJelly están inspirados en una medusa. Los encargados del proyecto recurrieron a la tecnología más avanzada de Festo. AquaJelly, por ejemplo, es una medusa artificial que realiza movimientos independientes, accionada eléctricamente y provista de una mecánica «inteligente» y versátil. Con su YoYo, Festo demuestra que es posible recurrir a la mecatrónica para obtener un sistema de control plenamente automático. Así se establece el lazo con la automatización neumática, la especialidad central de la empresa.

AquaJelly
AquaJelly es una medusa artificial que ejecuta movimientos de modo independiente mediante un actuador eléctrico y un sistema mecánico «inteligente» y versátil. AquaJelly está formada por una semiesfera translúcida y ocho tentáculos, que utiliza para desplazarse. En el centro de AquaJelly se encuentra un cuerpo sometido a presión, completamente hermético y sinterizado con rayos láser. En su interior hay un actuador eléctrico, dos baterías de iones de litio de cuerpo de polímero, el sistema de regulación de la carga y los servomotores para el disco pendular.

Cada tentáculo tiene una estructura provista de un Fin Ray Effect®. El Fin Ray Effect® es una construcción que se asemeja a la anatomía funcional de una aleta de pez. Su funcionamiento peristáltico (contracción ondular) con efecto de repulsión se rige por el correspondiente modelo biológico para efectuar los movimientos de desplazamiento. El control de los movimientos tridimensionales de AquaJelly está a cargo de un sistema de desplazamiento de peso. Para ello se utilizan dos servomotores que están integrados en la unidad de presión central y que controlan el disco basculante. Este disco actúa sobre un péndulo de cuatro brazos que pueden moverse en cuatro sentidos. Si el péndulo se mueve en un sentido, cambia el centro de gravedad de la medusa artificial en ese mismo sentido.

AquaJelly es capaz de controlar su propia alimentación de energía. Entre AquaJelly y la estación de carga se intercambian datos. Si AquaJelly se acerca a una estación de carga que se encuentran en la superficie del agua, la medusa se acerca para recargar energía eléctrica.

Para establecer la comunicación necesaria en la superficie del agua, AquaJelly puede recurrir al sistema de transmisión por ondas de radio de cercanías ZigBee, con el que intercambia datos sobre su estado con la estación de carga y, además, con el que puede enviar señales a los demás AquaJelly para indicarles que la estación de carga está ocupada.

Sumergida en el agua, el medio de comunicación principal de la medusa artificial es la luz. AquaJelly tiene once diodos luminosos de luz infrarroja, con los que envía señales intermitentes de configuración casi esférica, para establecer una comunicación con un entorno de aproximadamente 80 cm a la redonda. De esta manera, AquaJelly es capaz, por ejemplo, de recibir señales de posición de otras AquaJellies para ejecutar las maniobras necesarias para esquivarlas. Además de los detectores que le permiten percatarse de su entorno, AquaJelly dispone de otros detectores internos que controlan es estado energético del sistema. Adicionalmente cuenta con un sensor de presión para determinar exactamente a qué profundidad se encuentra dentro del agua.

Cada medusa decide por sí misma la maniobra que ejecutará, para lo que recurre a los datos correspondientes a su estado. El actuador eléctrico central, combinado con la versátil estructura mecánica y una electrónica independiente «inteligente», bien podrían utilizarse en otros sistemas de control independiente. Si se aplica esta solución a sistemas de automatización, podrían obtenerse numerosos sistemas «inteligentes» independientes o semiindependientes que colaborasen entre sí, por lo que numerosos sistemas pequeños debidamente coordinados podrían hacerse cargo de la ejecución de complicadas tareas.

AirJelly
El aire es el hábitat de AirJelly. A diferencia de AquaJelly, que nada en el agua, AirJelly atraviesa los aires mediante un actuador eléctrico y un sistema mecánico «inteligente» y versátil. Esta especie de medusa de los aires, controlada a distancia, tiene un globo lleno de helio.


La única fuente de energía de AirJelly son dos conjuntos de pilas de iones de litio de cuerpo de polímero, a la que se conecta el actuador eléctrico central. Éste aplica fuerza sobre un piñón y, a continuación sobre un tren de engranajes frontal compuesto de ocho ruedas dentadas, las que, por su parte, se encargan de la ejecución de los movimientos de los tentáculos a través de ejes de levas. Cada tentáculo tiene una estructura Fin Ray Effect®. Hasta ahora no se conocía en aeronáutica el sistema de movimientos peristálticos para el accionamiento de un globo. AirJelly es el primer objeto volador de interiores que cuenta con un sistema peristáltico de accionamiento. Gracias a este singular sistema de accionamiento por efecto de repulsión, AirJelly atraviesa elegantemente los aires.

Los movimientos tridimensionales de AirJelly se controlan mediante desplazamiento del peso. Dos servomotores que se controlan proporcionalmente, se encuentran en el «polo norte» de la medusa. Si el péndulo se mueve en un sentido, el centro de gravedad de AirJelly también se mueve en ese mismo sentido. AirJelly es capaz de desplazarse en cualquier sentido en el espacio. La fuerza de avance del actuador puede variarse modificando la velocidad de los tentáculos Fin Ray®.

Con este objeto de exposición, Festo demuestra que un actuador eléctrico central, combinado con un mecanismo «inteligente», ofrece fascinantes posibilidades para obtener sistemas de accionamiento de aeronáutica con equipos más ligeros que el aire. Festo quiere entusiasmar a sus clientes con soluciones innovadoras, fascinantes e inteligentes, tanto en el sector de la automatización, como también en el ámbito de Didactic. Festo cuenta con una amplia gama de actuadores eléctricos, neumáticos e híbridos, además de los detectores correspondientes y las unidades necesarias de control y regulación.

AirArm
AirArm se inspira biológicamente en los resultados de los análisis de los movimientos de las patas de bogavantes y langostas. Además, también tiene en cuenta los movimientos que ejecuta el ser humano para indicar alguna cosa con los dedos. Se trata de un brazo de dos partes, con esqueleto exterior y accionado por músculos neumáticos. Gracias a la inteligente técnica de regulación, AirArm es incluso capaz de interceptar gotas de agua.

La finalidad técnica de AirArm consiste en partir desde un punto determinado y desplazarse hacia muchos otros puntos en una zona de trabajo semiesférica. El principio de funcionamiento se basa en un sistema de dos partes abatibles, provistas de músculos neumáticos de efecto antagonista. Los rebajes triangulares de los módulos de los brazos se asemejan a la estructura del esqueleto exterior de las patas de una langosta, lográndose compaginar su ligereza y robustez. Los ejes articulados cruzados de la pata de bogavante, con segmentos de longitudes apropiadas, son lo suficientemente flexibles como para ejecutar movimientos de extensión dentro de un espacio semiesférico. Gracias al funcionamiento de los músculos neumáticos como actuadores, AirArm es flexible al mantener una posición determinada y, al mismo tiempo, consume un mínimo de energía.

Los músculos neumáticos, utilizados como actuadores, se distinguen por su relación especialmente favorable entre elevadas fuerzas mecánicas y poco peso propio. Las ventajas de AirArm se ponen de manifiesto principalmente al ejecutar movimientos muy dinámicos y rápidos. Sin embargo, los músculos neumáticos son sumamente elásticos y la relación entre la carrera, la presión neumática y la fuerza generada no es lineal. Al igual que el modelo biológico real, también este sistema técnico tiene que aprender a ejecutar movimientos coordinados. Esa función está a cargo del sistema de control adaptable de AirArm.

Toda la unidad de control está diseñada en función del ejemplo del modelo real. Para ello se elabora primero el modelo matemático de AirArm en el ordenador. A continuación, se diseña y optimiza el sistema de control. Posteriormente, el sistema de control se transforma en un programa mediante generación automática de códigos. Los datos se transmiten a un PC que, por su parte, se encarga de controlar al AirArm en tiempo real.

YoYo
Para jugar con un yo-yo hay que ser hábil y tener paciencia. El YoYo de Festo demuestra que es posible obtener un control plenamente automático con los medios que ofrece la mecatrónica. Así se establece el lazo con la automatización neumática, la especialidad central de la empresa.

El YoYo está compuesto de tres YoYos independientes y de distintos tamaños (16", 20" y 24"). Los tres YoYos son ruedas de Maxwell diferentes y su accionamiento está a cargo de un músculo neumático.

Cada músculo cuelga perpendicularmente y es alimentado con aire desde la parte superior. En el otro extremo pende la rueda de Maxwell, colgada de un hilo altamente resistente. La posición vertical del disco de Maxwell se mide mediante un detector de ultrasonidos que se encuentra perpendicularmente debajo de la rueda. Si la rueda asume la posición correcta para aplicar la fuerza, se emite una señal para abrir la válvula conmutadora. Así, el aire comprimido entra en el músculo neumático. Este se acorta repentinamente, por lo que la rueda se eleva rápidamente por los hilos que se encuentran bajo tensión. En ese momento se aplica energía en el sistema. Poco después, la válvula vuelve a cerrar el paso, por lo que se produce el escape lento del aire contenido en el músculo neumático. El músculo se expande lentamente hasta alcanzar su forma original, disminuyendo la tensión del hilo que se encuentra entre el músculo y la rueda. Al igual que un yo-yo puesto en movimiento por la mano humana, el hilo colgante acoge el movimiento de enrollamiento de la rueda giratoria. Cuando la rueda alcanza su punto muerto superior, el músculo neumático también ha recuperado su longitud original, por lo que el YoYo alcanza su posición inicial superior.

Para jugar correctamente con un yo-yo, es necesario aplicar la energía necesaria en el momento oportuno y con la fuerza justa. Esta solución de mecatrónica es posible gracias al sistema de control y regulación, combinado con detectores de avanzada tecnología. El músculo neumático de Festo es ideal para solucionar esta tarea, gracias a que aplica rápidamente y con gran precisión la fuerza de tracción. Las ventajas del músculo como actuador de tracción se ponen de manifiesto de manera ideal en el caso del YoYo.

Bionic Learning Network
La Bionic Learning Network es parte del trabajo que realiza Festo en el sector de la formación y el perfeccionamiento profesional. En cooperación con estudiantes, renombradas universidades, institutos de investigación y empresas dedicadas al desarrollo de productos innovadores, Festo promueve proyectos, experimentos y la obtención de nuevas tecnologías, superando los propios límites de las operaciones de negocios normales en el sector de la automatización y de Didactic, suponiendo que dichas actividades redunden quizás en aplicaciones interesantes en el futuro. La meta consiste en conseguir que los movimientos automatizados sean más eficientes y productivos con la ayuda de la biónica. La Bionic Learning Network genera soluciones fascinantes para resolver tareas muy complejas.

Fin Ray Effect® es una marca registrada de Evologics GmbH.

Para el texto y las fotos de prensa consulte la página de Internet www.festo.com/press, y para mayor información sobre Bionic Learning Network de Festo consulte la página de Internet www.festo.com/bionic.

Fotografía: Fotografía de prensa de Festo
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Texto de la fotografía: AquaJelly


Fotografía: Fotografía de prensa de Festo
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Texto de la fotografía: AirJelly

Fotografía: Fotografía de prensa de Festo
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Texto de la fotografía: AirArm


Fotografía: Fotografía de prensa de Festo
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TC_06_08_YoYo_3.tif

Texto de la fotografía: YoYo