el vuelo de los pájaros descifrado

Press release
Eficiencia en el punto de mira: el vuelo de los pájaros
descifrado
La gaviota argéntea y la trompa del elefante son fuente de inspiración para nuevos estándares
de energía y construcción ligera en la automatización
Number
CC 11/11
¿Qué tienen que ver las gaviotas argénteas y las trompas de elefante con las técnicas de
automatización? Festo da respuesta a esta pregunta en la feria Hannover Messe 2011 y
presenta aquí sus últimos Future Concepts, inspirados en la naturaleza y ejecutados en
la práctica en el marco del Bionic Learning Network. Con el SmartBird, los ingenieros
de Festo han desentrañado los misterios del vuelo de los pájaros, logrando con ello un
nuevo hito en las técnicas de automatización. Al igual que con el Asistente Biónico para
Manipulación, que obtuvo en 2010 el máximo galardón de la técnica, el Premio Futuro
Alemán, con el sistema de aprendizaje Robotino® XT y el Bionic Tripod 3.0, Festo
apuesta este año por la eficiencia energética y la construcción ligera. Festo aporta
nuevos impulsos tanto para la automatización de fábricas como de procesos:
OptoFluidic permite realizar eficientemente procedimientos de análisis y diagnóstico
para el análisis continuado y no destructivo de fluidos.
Con el Bionic Learning Network y 66 nuevos productos, Festo marca la tendencia en la Feria
de Hannover, desde la automatización segura y las soluciones mecatrónicas inteligentes,
hasta las nuevas tecnologías de accionamiento y manipulación, así como la eficiencia
energética y la construcción ligera.
SmartBird: la fascinación del vuelo de las aves
Se trata de uno de los sueños más antiguos de la humanidad: volar como un pájaro – moverse
libremente por el aire en cualquier dirección y poder contemplar el mundo desde la
perspectiva de las aves. No menos fascinante resulta el vuelo de un ave en sí. Las aves se
sustentan en el aire con la fuerza única de los músculos de sus alas. Son estas mismas alas las
que generan el impulso necesario para superar la resistencia del viento y mover sus cuerpos –
sin ningún elemento giratorio. La naturaleza ha sido capaz de combinar genialmente las
funciones de empuje vertical y horizontal. Los pájaros son capaces de medir, controlar y
regular la secuencia de sus movimientos de forma continua y completamente autónoma,
obligados por la supervivencia. Para ello utilizan sus órganos sensoriales.
Date
4 April 2011
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Festo AG & Co. KG
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drhf@de.festo.com
El vuelo de los pájaros ha sido todo un enigma durante mucho tiempo. Muchos científicos
han fracasado al intentar descifrar el misterio de su vuelo, hasta el día de hoy. El equipo de
www.festo.com
Ruiter Straße 82
73734 Esslingen
investigadores de la empresa familiar Festo ha logrado resolver en 2011 el enigma del vuelo
de las aves. La clave radica en un movimiento muy especial que diferencia el SmartBird de
los demás aparatos de batimiento de alas desarrollados hasta la fecha y que permite al
potente modelo volador ultraligero iniciar el vuelo, volar y aterrizar de forma autónoma.
El SmartBird vuela, planea y navega por el aire, del mismo modo que su modelo en la
naturaleza – la gaviota argéntea. Todo ello sin necesidad de accionamientos adicionales. Sus
alas no solo se mueven de arriba abajo, sino que también pueden girar en ángulos
específicos. Esto es posible gracias a una unidad articulada de torsión que, junto con un
complejo sistema de control, alcanza un grado de eficiencia sin precedentes en la operación
de vuelo. Festo ha conseguido por primera realizar una adaptación técnica energéticamente
eficiente del modelo natural.
En el desarrollo del modelo, los ingenieros se han servido de la gran variedad de
conocimientos acumulados e innovaciones desarrolladas. La experiencia procedente de los
proyectos biónicos de aprendizaje AirRay y AirPenguin ha sido aplicada en la concepción
del SmartBird. La fascinación de poder crear un pájaro capaz de iniciar el vuelo, volar y
aterrizar con la única ayuda del batimiento de sus alas fue lo que motivó al grupo de
desarrolladores. Y es que Festo, en su calidad de actor global en los sistemas neumáticos,
domina como nadie el comportamiento de las corrientes de aire. También en el desarrollo y
construcción de generaciones actuales de cilindros y válvulas se busca aprovechar las
corrientes de aire de forma óptima y eficiente para las técnicas de automatización.
Una particularidad del SmartBird es el giro activo de las alas y el hecho de prescindir de
dispositivos adicionales de empuje vertical. Los requisitos que debía cumplir la construcción
del SmartBird eran lograr una estructura con eficiencia energética y de recursos y un peso
total mínimo, además de integrar un sistema de funcionamiento de empuje vertical y
horizontal en las alas y un sistema de control de vuelo en el tronco y en la cola. Otros
objetivos a cumplir eran una aerodinámica excelente, una alta densidad de potencia de los
accionamientos y una agilidad máxima del objeto volador. El resultado es un sistema integral
inteligente biomecatrónico.
El sistema actúa en la práctica sobre todo con eficiencia energética: el empuje vertical y
horizontal se logra, como se pretendía, exclusivamente mediante el batimiento de ambas alas,
precisando una potencia de tan sólo 23 vatios, aproximadamente. Todo ello con un peso total
de aprox. 450 gramos y una envergadura de ala de dos metros. Las mediciones realizadas
constatan una eficiencia electromecánica de hasta un 45% y una eficiencia aerodinámica de
hasta el 80%. De esta forma, el SmartBird representa un magnífico ejemplo de integración de
funciones, una construcción extremadamente ligera optimizadora de recursos y un
aprovechamiento óptimo de las corrientes de aire. El SmartBird va a suministrar importantes
enfoques para optimizar futuras generaciones de cilindros y válvulas.
La electrónica 'on-board' permite realizar un control preciso de las alas. Además, los
parámetros de control se pueden ajustar y optimizar en tiempo real. El control de las
secuencias de movimiento, desde el batimiento de las alas y su giro, se realiza en ciclos de
milisegundos, permitiendo un comportamiento óptimo de la corriente de aire en las alas. El
modelo volador SmartBird prescinde de piezas rotativas en la envoltura exterior que
pudieran provocar lesiones. De esta forma desarrolla el enfoque que ya jugó un papel
decisivo en el desarrollo del Asistente Biónico para Manipulación. La interacción hombremáquina. Esta interacción no supone riesgo alguno para las personas, tanto en el Asistente
Biónico para Manipulación como en el SmartBird. De este modo, el SmartBird de Festo pasa
a integrar la lista de tecnologías que marcan tendencias futuras, encontrando también una
aplicación práctica. Los campos de aplicación posibles abarcan desde generadores de ala
dinámica para generar energía, hasta actuadores en la automatización de procesos.
Asistente Biónico para Manipulación galardonado con el Premio Futuro Alemán 2010:
trompa de elefante para diversas aplicaciones
La empresa familiar Festo de Esslingen a. N. apuesta desde hace años por productos
innovadores y comprobados en la práctica. En 2010, el Asistente Biónico para Manipulación
obtuvo el Premio Futuro Alemán, el máximo galardón alemán para desarrollos técnicos
punteros. Construido según el modelo natural de la trompa de elefante, en la actualidad se
está utilizando de forma experimental como herramienta de sujeción y tercer brazo en la
producción, permitiendo en el futuro procesos de trabajo completamente novedosos. Su
flexibilidad inherente posibilita una cooperación hombre-máquina sin peligro, ofreciendo así
una amplia gama de posibilidades de aplicación.
Robotino® XT: sistema móvil de aprendizaje ampliado con un brazo mecánico
Por si no fuera suficiente, Festo ha dado ahora un nuevo paso: con Robotino® XT, Festo
aúna el sistema móvil de aprendizaje actual con un Asistente Biónico para Manipulación,
permitiendo levantar y sujetar objetos cerca del suelo, aproximándose a la utilización
práctica del sistema en el día a día.
Está basado en el robot didáctico móvil Robotino® desarrollado por Festo Didactic. Este
sistema robótico móvil, utilizado en la actualidad en escuelas técnicas superiores y escuelas
de formación profesional, capaz de moverse autónomamente con ayuda de una cámara, ha
sido ampliado con una versión compacta del Asistente Biónico para Manipulación, la trompa
de elefante. En la versión actual, ésta se monta fácilmente en el Robotino. De este modo,
Robotino® XT no sólo es capaz de maniobrar en un espacio mínimo – además se puede
mover flexiblemente gracias a una unidad de control maniobrada mediante un mando de
juego, que permite dirigir la trompa de elefante con precisión. Terminales de válvulas
piezoproporcionales de última generación con un regulador propio de presión dosifican con
precisión el aire comprimido en las cámaras de aire.
La flexibilidad del sistema se define por su construcción, la elección del material – poliamida
en lugar de metal – y su sistema de control y regulación. Su estructura es básicamente
flexible y se vuelve rígida mediante la regulación neumática, es decir, la regulación mediante
aire comprimido, cuando es necesario, para poder realizar un movimiento previamente
definido. En caso de colisión, el sistema cede inmediatamente sin alterarse el
comportamiento dinámico total deseado. También resulta inofensivo para las personas en
caso de fallo del sistema de regulación o de la electrónica, gracias a la flexibilidad de su
estructura.
La trompa completa, incluida la pinza adaptativa, ha sido concebida como un brazo de
construcción ligera. Cada gramo de peso ahorrado incrementa la movilidad de todo el
sistema. Robotino® XT se acciona además a través de dos bombas de membrana, en un
rango de presión que oscila entre 0,3 y 2,5 bares, a modo de sistema neumático de baja
presión. A diferencia de los sistemas neumáticos estándar, éste posee la ventaja de consumir
menos energía para generar presión, por lo que el sistema trabaja con eficiencia energética.
La fabricación también se realiza con eficiencia en los costes: la construcción ligera es
posible gracias a los nuevos procedimientos en las tecnologías de producción, es decir,
"impresión en 3 D".
El Bionic Tripod 3.0: sujeción dinámica y energéticamente eficiente de objetos en áreas
elevadas
Otro de los productos de Festo apuesta por el método de construcción ligera y eficiencia
energética, así como por los principios básicos biológicos: el Bionic Tripod. El principio
básico de la estructura con Fin Ray Effect® tomado de la aleta de pez interviene por partida
múltiple en el Bionic Tripod 3.0. La flexibilidad y elasticidad de la construcción ligera
energéticamente eficiente predestina su aplicación para la interacción hombre-máquina.
con el Bionic Tripod 3.0, Festo persigue un nuevo enfoque de la técnica de manipulación
como alternativa a los sistemas de pórtico que predominan en el sector de la ingeniería
mecánica. Los sistemas de accionamiento y manipulación del Bionic Tripod 3.0 son
independientes uno del otro. La superficie de trabajo separa el nivel de trabajo del nivel de
accionamiento. Gracias a su escaso peso, la unidad se puede desplazar de forma muy
dinámica y energéticamente eficiente. El bajo centro de gravedad de todo el sistema
proporciona una estabilidad adicional, permitiendo una alineación precisa con recorridos
cortos, ahorrando así energía. Con sus dedos adaptativos, el trípode es capaz de agarrar con
seguridad objetos de todas formas y contornos por encima de la cabeza, y depositarlos
lateralmente. El brazo flexible de agarre puede girar hasta 90 grados en todas direcciones, lo
que permite una amplio espacio operativo.
El Bionic Tripod 3.0 combina las ventajas de la técnica de automatización neumática y
eléctrica con los nuevos enfoques biónicos. Se han utilizado dos ejes lineales eléctricos EGC
70-160 como unidad de accionamiento, en los cuales se han montado dos cilindros
neumáticos normalizados DNC 32-160. El módulo giratorio DSM 6 se encuentra fijado a
modo de unidad giratoria en el extremo de la pirámide de varillas, en la placa de alojamiento.
La pinza radial HGR-16-A posee en cada mordaza dos dedos adaptativos DHDG-W-80, los
cuales permiten agarrar objetos con las formas más diversas, como p.ej. tubos de ensayo,
manzanas o bombillas. Un terminal CPX se encarga del control y la regulación.
La tecnología encuentra aplicación en situaciones que exigen mover pequeñas masas con
rapidez y flexibilidad. Tanto vertical como horizontalmente: Con el BionicTripod 3.0 y sus
modelos predecesores (BionicTripod 1.0 y BionicTripod 2.0) Festo demuestra que la
separación de los niveles de accionamiento y operación implican una flexibilidad máxima.
OptoFluidic: análisis no destructivo en tiempo real para la automatización de procesos
Mientras que el BionicTripod pertenece ya a los productos acreditados y desarrollados de
Festo, con la optofluídica se presenta este año una tecnología aún relativamente joven e
interdisciplinar. El objetivo de dicha tecnología es realizar efectos ópticos y componentes,
así como analizar fluidos en movimiento tales como líquidos y gases, pero también
materiales a granel que fluyen a través de tuberías y elementos de valvulería.
La tecnología de la optofluídica permite al usuario realizar procedimientos de diagnóstico y
análisis, en los cuales se reconocen y analizan determinadas propiedades a partir de fluidos
en movimiento. El fluido se "carga" de información, la cual puede ser leída y evaluada
seguidamente por los componentes ópticos. De esta forma, el fluido se convierte en el medio
que transporta en sí mismo el código para el análisis óptico. Componentes del sistema, como
cámaras y sensores, visualizan el diagnóstico en tiempo real, sin que la ejecución del proceso
tenga que ser interrumpida. En el futuro, estos métodos de análisis podrían reemplazar la
laboriosa recogida de muestras y estabilizar el flujo del proceso, así como reducir la cantidad
de componentes requeridos y los costes de mantenimiento.
Con esta tecnología, Festo apuesta nuevamente por los fenómenos de la naturaleza como
base del sistema: un arco iris se crea, por ejemplo, al incidir los rayos solares sobre gotas de
lluvia. Los rayos solares se quiebran al atravesar las gotas de lluvia prácticamente redondas,
descomponiéndose en su espectro de color. Los rayos solares se analizan con ayuda de las
gotas de lluvia y se hacen visibles ópticamente en forma de arco iris. El resultado de este
análisis óptico es que los rayos solares se componen de colores espectrales. A la inversa, los
rayos solares analizan cada gota de lluvia en tiempo real. Éstos conforman el resultado
ópticamente en forma de arco iris.
Festo ha creado ahora el prototipo biónico OptoFluidic para ilustrar los procesos de la
optofluídica y registrarlos en datos. Para ello, Festo recurre a componentes de la tecnología
óptica, como cámaras, sensores y LEDs, láseres o fotodiodos. Éstos se combinan con
elementos de la técnica de fluidos, como válvulas, bombas o mezcladoras, los cuales
controlan el flujo de los medios.
El procedimiento de análisis en la optofluídica se subdivide en varios pasos: En primer lugar
se inyecta un líquido azul en un líquido transparente a través de una válvula. Ambos fluidos
no mezclables entre sí fluyen a continuación a través de los tubos del display. El líquido azul
es el "medio inteligente", el cual incorpora la información necesaria para el diagnóstico
óptico. Tres estaciones demuestran posibles pasos de análisis y separación de la optofluídica.
La primera estación contiene un sensor óptico tipo SOEC y una cámara compacta tipo
SBOC. Esta cámara analiza en tiempo real la composición y propiedades del fluido azul,
evaluando parámetros, como por ejemplo el volumen del goteo azul. Para ello se utiliza el
software CheckKon y CheckOpti. Un monitor muestra los datos registrados, permitiendo
supervisar los procesos en tiempo real.
En la segunda estación, un LED azul - con una longitud de onda de 490 nm - hace visible
una sustancia fluorescente previamente incorporada. Este procedimiento muestra cómo la
optofluídica es capaz de detectar y seleccionar determinadas informaciones mediante
componentes ópticos.
En la tercera estación, un sensor óptico tipo SOEC detecta finalmente el líquido azul. Con
ayuda de una válvula tipo VODA, el sistema separa el líquido azul del líquido transparente.
El procedimiento de separación demuestra la precisión con la que los componentes de
automatización de procesos de Festo son capaces de analizar y controlar diversos fluidos. Un
controlador Front End CoDeSys CPX-CEC-C1 y algunos módulos CPX-E/A controlan la
aplicación completa. La cámara compacta compatible con CoDeSys está conectada
directamente a la unidad de control CPX y comunica en tiempo real vía Ethernet.
Con esto queda claro lo siguiente: la optofluídica demuestra lo eficiente que la tecnología
puede ser y será en el futuro como procedimiento de diagnóstico y análisis en la
automatización de procesos. Los datos y cifras registrados se transmiten en tiempo real sin
interrumpir el proceso. Mediante el análisis en tiempo real, la optofluídica prescinde de la
laboriosa extracción de muestras de líquidos y su evaluación, permitiendo la automatización
de los procesos de laboratorio. La selección de fuentes de luz correctamente dimensionadas
maximiza la eficiencia de recursos y reduce el consumo de energía.
En el futuro, los procedimientos de medición optofluídicos desempeñarán un importante
papel – siempre que haya que transportar, tratar, preparar, limpiar, envasar o eliminar fluidos
de forma automática: ya sea en depuradoras, centrales eléctricas, fábricas de cerveza,
fábricas de papel, plantas de gas natural, en la automatización de laboratorios o en la
industria química, farmacéutica y petroquímica.
Fuente:
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Título de la fotografía:
El equipo de investigadores de la empresa familiar Festo ha
logrado en 2011 resolver el enigma del vuelo de las aves. La
clave radica en un movimiento muy especial que diferencia el
SmartBird de los demás aparatos de batimiento de alas
desarrollados hasta la fecha y que permite al potente modelo
volador ultraligero iniciar el vuelo, volar y aterrizar de forma
autónoma.
Fuente:
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Festo Pressebild CC_11_11_BionicHandlingAssistant4.tif
Título de la fotografía:
Investigación y desarrollo premiados: Dr. Eberhard Veit,
Presidente del Consejo de Administración de Festo AG, con el
Asistente Biónico para Manipulación de Festo, que obtuvo en
2010 el Premio Futuro Alemán.
Fuente:
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Festo Pressebild CC_11_11_Robotino2.tif
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Título de la fotografía:
La aplicación robótica Robotino® ha sido ampliada en el
modelo Robotino® XT con una versión compacta del Asistente
Biónico para Manipulación, lo cual le permite no sólo
maniobrar en espacios angostos, el brazo mecánico se puede
mover al mismo tiempo con flexibilidad y orientar con
precisión.
Fuente:
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Festo Pressebild CC_11_11_tripod2.tif
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Título de la fotografía:
Otro de los productos de Festo apuesta por el método de
construcción ligera y eficiencia energética, así como por los
principios básicos biológicos: el Bionic Tripod. El principio
básico de la estructura con Fin Ray Effect® tomado de la aleta
de pez interviene por partida múltiple en el Bionic Tripod 3.0.
Fuente:
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Festo Pressebild CC_11_11_OptoFluidic2.tif
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Título de la fotografía:
La tecnología de la optofluídica permite al usuario realizar
procedimientos de diagnóstico y análisis, en los cuales se
reconocen y analizan determinadas propiedades a partir de
fluidos en movimiento.
Las imágenes y textos para la prensa también se encuentran en Internet, en
www.festo.com/presse, más información acerca del Bionic Learning Network de Festo
en www.festo.com/bionic
También puede solicitar el material de filmación de los proyectos.