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martes, 13 de septiembre de 2022

¿ QUÉ ES CIBERNÉTICA ?

CIBERNÉTICA

La Cibernética como término tuvo su origen en Estados Unidos en 1948, cuando este  matemático norteamericano Norbert  Wiener, escribió un libro llamado Cibernética; dando a conocer el nombre y su contenido; explicando que este término constituye una nueva ciencia que estudia las analogías entre los sistemas de control y comunicación de los   seresvivos y los de las máquinas. Muses, C. A. (1965). 



La cibernética y los sistemas automáticos  de control  están  claramente  relacionados  puesto   que  por  definición la  Cibernética es una “Ciencia que estudia los sistemas de comunicación y de regulación automática de los seres vivos y su aplicación  a sistemas electrónicos y mecánicos que se parecen a ellos”. Los métodos cibernéticos, basados en el feed back o realimentación, se ocupan de los procesos de transformación de un estímulo exterior en información (entrada) y de la reacción del sistema mediante una respuesta (salida). Pueden aplicarse por igual a la biología y a máquinas complejas, como las computadoras electrónicas, así como a la lingüística, la economía, la teoría de la información, etc”.

 

Etimológicamente la palabra cibernética proviene de la voz griega kibernetes, piloto, y kibernes, que aluden al acto de gobernar; y relaciona la función cerebral con respecto a las máquinas.

 


Es importante resaltar que “el sentido moderno del vocablo cibernética radica en el énfasis especial que pone sobre el estudio de las comunicaciones, mensajes y, la forma cómo se encuentran regulados internamente todos los sistemas de comunicación, ya sean biológicos, sociales o, sino sobre las máquinas que imitan procesos de regulación u ordenación, cálculo, comparación lógica, búsqueda de objetivos, etc., como en el caso de las computadoras, autómatas, proyectiles o cohetes teledirigidos, etc.

 

Se podría decir que el punto de partida de la cibernética como tema de estudio, fue el artículo publicado en 1938 por Louis Couffignal en la revista Europe. Este movimiento fue desarrollándose poco a poco, especialmente en Estados Unidos, y se enfocó en formas de investigaciones médicas. Sin embargo, esta corriente de pensamiento tuvo una gran influencia por la segunda guerra mundial, que llenó de iniciativa a este grupo de investigadores a desarrollar técnicas relacionadas con armas automáticas, que pudiesen ayudar a los hombres en la guerra.

 

La cibernética abarca cinco grandes sectores:  La teoría de los sistemas, este sector se ocupa de dictaminar la estructura interna, relaciones tipologías, entre otros objetivos, de los sistemas, basándose en técnicas matemáticas ; la teoría de la  información, se ocupa de las reglas y mecanismos para la elaboración y transmisión de la información; la teoría de la regulación o de control, abarca la regulación automática de los sistemas activos o dinámicos; la teoría de los juegos, se encarga de analizar los comportamientos óptimos de un sistema determinado, en un estado conflictual concreto; la teoría de los algoritmos, los algoritmos constituyen un conjunto de reglas y procedimientos determinados que describen la solución de un problema en la medida de un número específico de operaciones. Entonces, esta teoría tiene como finalidad la formulación de reglas y procedimientos para resolver un problema concreto (en las computadoras).

Dentro  de las  áreas  que mayor  aplicación  tiene  dentro  de la  especialización  ,  está la teoría de control representada por  el  conjunto de técnicas y herramientas que permiten mantener una condición física o cantidad medible en un valor deseado. Para ello, se vale de una medición instantánea de la variable a controlar y de una comparación con un valor patrón o de referencia, para que, de esta manera, se pueda reducir o aumentar el valor de la variable medida mediante una acción correctiva.

El mayor impulso  al desarrollo de la  teoría  del  control  automático lo ha proporcionado  la  carrera  espacial, donde complejos  sistemas  de control de gran  precisión debieron  implementarse  con el  fin  de  reducir  costos, materiales  y   energía. (Anangano, A. 2017)

De acuerdo  con lo  descrito  en los párrafos  anteriores,  los temas estudiados  en ingeniería  mecatrónica , guardan coherencia con lo establecido por la teoría cibernética y son desarrollados  en gran medida a través de las competencias de  los cursos que se plantean en el plan de estudios.


ANEXOS

Muses, C. A. (1965). The father of cybernetics: Norbert wiener, 26 november 1894-19 march 1964. [Il padre della cibernetica: Norbert Wiener, 26 novembre 1894-19 marzo 1964.] La Ricerca Scientifica.2.Ser., Pt.1: Rivista, 5(1), 3-9. Retrieved from www.scopus.com

Cibernética. (s.f.). Citación. En el Diccionario Real Académia Española. Recuperado el 13  de julio de 2022, 2020, en

Anangano, A .2017.  El Control Óptimo y su desarrollo a través de la historia.  Available from:https://www.researchgate.net/publication/329351845_El_Control_Optimo_y_su_desarrollo_a_traves_de_la_historia [accessed Jul 13 2022].

miércoles, 9 de febrero de 2022

¿ QUE ES MECATRÓNICA?

El concepto de mecatrónica fue registrado comercialmente en 1969 por el ingeniero japonés Tetsuro Mori de la empresa Yakasawa Electric Company, la palabra mecatrónica ha sido definida de varias maneras. Un consenso común es describir a la mecatrónica como una disciplina integradora de las áreas de mecánica, electrónica e informática cuyo objetivo es proporcionar mejores productos, procesos y sistemas.

La mecatrónica tiene como antecedentes inmediatos a la investigación en el área de Cibernética realizada en 1936 por Turing y en 1948 por Wiener, las máquinas de control numérico, desarrolladas inicialmente en 1946 por Devol, los manipuladores, ya sean teleoperados, en 1951 por Goertz, o robotizados, en 1954 por Devol, y los autómatas programables, desarrollados por Bedford Associates en 1968.


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La mecatrónica, según la definición adoptada por la Comunidad Económica Europea, "Es la combinación sinérgica de la ingeniería mecánica de precisión, de la electrónica, del control automático, de la computación y de los sistemas para el diseño de productos y procesos". Existen, claro está, otras versiones de esta definición, pero ésta claramente enfatiza que la mecatrónica está dirigida a las aplicaciones y al diseño”[1].

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La mecatrónica como ingeniería concurrente ha ayudado a los ingenieros en las últimas décadas del siglo XX a expandir las fronteras que han limitado sus diseños en el pasado y los ha ayudado a lograr mejores desempeños de sus productos. Actualmente las áreas de aplicación de la mecatrónica cubren virtualmente todo tipo de industria, sistemas y aparatos[2].

Las grandes tendencias de aplicación de la mecatrónica se orientan hacia la robótica, los sistemas de transporte, los sistemas de manufactura, las máquinas de control numérico, las  nanomáquinas y la biomecatrónica.


Los Sistemas Mecatrónicos, sus Aplicaciones y Tendencias

Un sistema mecatrónico es un sistema que integra apropiadamente las tecnologías mecánica, eléctrica, electrónica e informática, cuya combinación permite la recolección de señales que son procesadas previamente para emitir posteriormente una respuesta acorde con las necesidades del proceso que se esté controlando. Para que un sistema mecatrónico cumpla su propósito, le son integrados sensores, microprocesadores y controladores, que, por medio de actuadores, generan los movimientos o fuerzas requeridos por el medio sobre el cual estén actuando.

Las cámaras de fotografía, los equipos de sonido, los robots, las máquinas controladas digitalmente, los carros de control remoto, las máquinas tragamonedas, las máquinas de telefax, las fotocopiadoras, la maquinaria industrial altamente automatizada, pueden ser consideradas como productos mecatrónicos. Otro ejemplo típico de la aplicación de la mecatrónica es la unidad de disco para computadora, cuyo diseño implica un posicionamiento preciso garantizando un alto nivel de resistencia contra perturbaciones.

Al aplicar una filosofía de integración en el diseño de productos y sistemas se obtienen ventajas importantes como son mayor flexibilidad, versatilidad, nivel de "inteligencia" de los productos, seguridad y confiabilidad, así como un bajo consumo de energía. Estas ventajas se traducen en un producto con más orientación hacia el usuario y que puede producirse rápidamente a un costo reducido.

En la industria manufacturera actual está creciendo una tendencia para la realización del diseño mecánico, electromecánico, digital y electrónico en un solo sistema integrado como una manera rápida de  responder a las demandas del mercado[3].

Mecatrónica y  Educación

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Desde su inicio, la mecatrónica ha estado presente en la educación contemporánea a todos los niveles. En Japón es usual que los estudiantes de nivel elemental elaboren proyectos de creación de nuevos juguetes basados en la integración de diferentes disciplinas. En Alemania, Estados Unidos y Brasil, los estudiantes de educación secundaria y universitaria realizan concursos para presentar innovaciones tecnológicas de diferentes productos de uso popular e industrial. Los principales centros educativos del mundo han aproximado e integrado las diferentes áreas de las tecnologías para crear nuevas áreas interdisciplinarias y multidisciplinarias.

Es así, como la educación de la mecatrónica ha explorado diferentes tendencias para crear nuevos perfiles en la formación cultural y profesional de la juventud que ha de desempeñarse en el tercer milenio, en los que las tecnologías computarizadas están al orden del día.

El aprendizaje de la mecatrónica principia en la escuela cuando el educando comienza a distinguir los fundamentos de la mecánica, de la electricidad y de la electrónica; el proceso sigue su curso cuando aprende a operar el computador digital y a utilizarlo para el accionamiento de sistemas electromecánicos. El estudiante desarrolla mecatrónica en el aula o en el laboratorio, cuando realiza proyectos en los cuales necesariamente debe integrar un grupo de personas con diferentes habilidades y diferentes disciplinas del aprendizaje; de esta forma la mecatrónica establece un nuevo paradigma del trabajo en equipo.

Los fundamentos de las ciencias básicas que debe manejar un futuro ingeniero o tecnólogo de la mecatrónica, se basan en el conocimiento de las tres leyes de Newton de la mecánica clásica y de la ley de la gravitación universal; el conocimiento del campo magnético y de la ley de inducción de Faraday que permite crear una fuerza electromotriz inducida; y el conocimiento de la ley de Ampere para generar una fuerza magnetomotriz en un conductor; además de la habilidad para diseñar circuitos eléctricos y electrónicos basados en la lógica digital, y la de programar y operar microcomputadores. Pero, principalmente, debe ser capaz de aportar creatividad e innovación en el desarrollo de los productos. La mecatrónica es el paradigma establecido por el desarrollo de las tecnologías computarizadas aplicadas en la supervisión, programación y control de sistemas y productos electromecánicos.

Su influencia en la educación, consolida la necesidad de integrar grupos de personas con habilidades y técnicas diferentes, para interactuar con mentalidad flexible hacia una nueva unidad, en una sociedad cada vez más cambiante por la influencia de los computadores.

A continuación se exponen las posiciones de algunos reconocidos especialistas del ramo sobre el objetivo y el desarrollo de la Mecatrónica[4].

Ernest O. Doebelin profesor, emérito de la Universidad Estatal de Ohio y miembro de la ASME, permanece escéptico sobre la idea de integrar las distintas disciplinas en un campo de la ingeniería llamada Mecatrónica: “es ciertamente una palabra atrayente, pero es un desarrollo evolutivo, más que revolucionario. Ahora que las computadoras son pequeñas y relativamente baratas, apenas tiene sentido para los diseñadores incluirlas en los productos. La Mecatrónica es realmente la familiaridad con todas las demás tecnologías: computadoras, software, mandos avanzados, sensores, actuadores, para hacer posible productos de alta tecnología”.

David M. Auslander, profesor de ingeniería mecánica de la  Universidad de California en Berkeley comenta: “nosotros tenemos ahora una tecnología viable para el control computarizado de sistemas mecánicos en todos los niveles, desde tostadores hasta automóviles. Hoy tenemos sistemas mecánicos para los cuales su desempeño se define por lo que contiene su computadora, como sus algoritmos de software, redes neuronales, o lógica difusa. Sólo eso lo hace diferente de cualquier cosa que se pudo haber hecho hace 25 años".[5]




[1] J.A. Rietdijk  "Ten propositions on mechatronics", en Mechatronics in Products and Manufacturing Conference, Lancenter,  Inglaterra, 1989.

[2]  A Mechatronic System Design Project By: Professor Kevin C. Craig and Matthew A. Rosmarin
Rensselaer Polytechnic Institute. 
(Falta la fecha de publicación)

[3] Study Says Mechatronics Can Reduce Time & Cost System Design: New Product Development for Mechatronics  by  Michelle Boucher, David Houlihan

 [4] MEMIS ACAR. Mechatronics Education in the UK. Mechatronics Forum Newsletter. No. 13. Winter 1995.

[5]  STEVEN ASHLEY. Getting a hold on Mechatronics. Mechanical Engineering Magazine. May 1997.




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