maxon Story
Un nuevo mundo submarino
Un grupo de ingenieros del Centro de Innovación Robótica de Bremen ha estado trabajando con robots submarinos destinados al estudio de los océanos de nuestro planeta. Y, en el futuro, puede que también de otros planetas.
La pasión de los ingenieros queda patente en el árbol de Navidad que estuvo durante todo el mes de diciembre en el fondo de un gran depósito de agua, bien visible para los visitantes del Centro Alemán de Investigación para la Inteligencia Artificial (DFKI) en Bremen. La fuerza de flotación empuja hacia arriba los adornos del árbol. Las luces proporcionan una iluminación perfecta de 230 V. Pero no hay de qué preocuparse. Los investigadores saben lo que hacen. La tecnología submarina es su especialidad. Han dedicado su tiempo libre a decorar el árbol de Navidad. «Las condiciones excelentes con las que contamos aquí en el instituto potencian la motivación por probar nuevos enfoques innovadores. A veces nos apetece pasar más tiempo aquí», comenta Peter Kampmann, investigador asociado y especialista en robótica submarina del Centro de Innovación Robótica del DFKI.
Kampmann nos guía por la amplia sala de exploración marítima del DFKI. Este es el hogar del único sistema de pruebas para robots de buceo en toda Europa: un depósito de agua salada de ocho metros de profundidad y una capacidad de 3,4 millones de litros. Es el lugar perfecto para poner a prueba nuevos sistemas submarinos que inspirarán el diseño de barcos y oleoductos para explorar aguas desconocidas o llevar a cabo mediciones en las profundidades marinas.
El sector marítimo ha vivido una época bastante oscura en los últimos años. Gran parte de las profundidades marinas siguen sin explorar. No sabemos con exactitud qué hay allí abajo, a una profundidad de entre 3000 y 6000 metros. Incluso de la superficie de Marte hay mapas más precisos. Pero todo esto va a experimentar un cambio en los próximos años, en parte gracias a las modernas tecnologías. El Centro de Innovación Robótica del DFKI está trabajando estrechamente con los ingenieros de maxon para desarrollar nuevas sistemas motores submarinos con motores DC sin escobillas. Estos sistemas son resistentes a la presión, compactos y energéticamente eficientes, además de estar perfectamente adaptados a los ROV (vehículos operados por control remoto) y AUV (vehículos submarinos autónomos), un desarrollo que resulta muy útil para Peter Kampmann y sus compañeros. «Los nuevos componentes, más ligeros y potentes, nos abren la puerta a un universo totalmente nuevo».
La comparación con el oso polar
La tecnología submarina tiende se mueve hace lo «pequeño e inteligente». Actualmente, los ingenieros están construyendo vehículos equipados con sensores y sistemas electrónicos. Las máquinas deben ser capaces de explorar, recopilar datos y reaccionar de forma autónoma a diferentes escenarios, durante meses y sin intervención humana alguna. Esta no es tarea fácil en tales condiciones difíciles: la visibilidad es muy reducida en el mar y las longitudes de onda utilizadas para las señales de GPS o WLAN son absorbidas rápidamente por el agua. Esto dificulta la navegación. El agua salada también ataca los componentes e incluso corroe el acero inoxidable después de cierto tiempo. Es por ello por lo que las piezas sensibles como los ejes de los motores deben ser de titanio. Y por último, pero no por ello menos importante, está la alta presión ambiental. A 6000 metros de profundidad, la presión es de 600 bar. Esto es como si un enorme oso polar se sentara sobre una superficie de tan solo un centímetro cuadrado. El Centro de Innovación Robótica simula estos valores en una cámara de presión. maxon también ha probado aquí sus motores submarinos. Los componentes adecuados para una profundidad de 6000 metros pueden utilizarse en más de un 95 por ciento de los océanos.
Cada gramo cuenta
Mientras paseamos por el Centro de Innovación Robótica del DFKI, nos encontramos con varios vehículos submarinos. Uno de ellos es el Micro-AUV. Como indica su nombre, es especialmente pequeño, y los investigadores lo utilizan para poner a prueba las nuevas técnicas de control y navegación. Cada detalle de este vehículo está diseñado para lograr una flotabilidad residual mínima. Cada gramo adicional de flotabilidad representa un papel importante bajo el agua. En el caso de que el sistema falle en cualquier momento, debe ser capaz de subir a la superficie mediante control de flotabilidad positiva; de lo contrario, se perderá para siempre. El Micro-AUV está equipado con cuatro motores DC de maxon con gran eficiencia energética y una larga vida útil a pesar del tamaño minúsculo de la batería.
Peter Kampmann and his colleagues at the DFKI are testing new approaches to control and navigation with the Micro-AUV.
¿Un viaje a una de las lunas de Júpiter?
Otro de los emocionantes proyectos del DFKI es el Europa Explorer, un vehículo de exploración submarina con un forma alargada como la de un cigarro. El objetivo a largo plazo de este proyecto es explorar Europa, una de las lunas de Júpiter. Está cubierta por una gruesa capa de hielo de entre 3 y 15 kilómetros, debajo de la cual se esconde un océano. El DFKI está investigando el potencial de dicha misión por encargo del Centro Aeroespacial Alemán (DLR). Según la teoría actual, el AUV debería llegar al océano subterráneo dentro de un taladro, del cual se separaría para emprender la labor de recoger datos y enviarlos a la Tierra de forma autónoma.
El Europa Explorer se usará para explorar la luna de Júpiter Europa.
El modelo de pruebas actual del DFKI está equipado con el controlador de motor Escon Module 50/5 de maxon, que es especialmente popular gracias a su dinámica y su función de asistencia. «El controlador es capaz de detectar por sí solo las fuentes de error, lo cual facilita enormemente el trabajo», afirma Peter Kampmann. Después de visitar el Centro de Innovación Robótica del DFKI, una cosa está clara: el campo de las aplicaciones submarinas ha dejado atrás la improvisación y el uso de componentes grandes y pesados. La tecnología de sensores, la automatización y la robótica también están desempeñando un papel muy importante. Esto ofrece un punto de partida muy prometedor para el futuro.
Centro de robótica
El Centro Alemán de Investigación para la Inteligencia Artificial (DFKI) es el instituto líder en Alemania en el campo de las nuevas tecnologías de software basadas en la inteligencia artificial. Cuenta con 800 empleados repartidos en diferentes ubicaciones. Unos 130 empleados y 80 estudiantes del Centro de Innovación Robótica en Bremen trabajan en 25 o 30 proyectos de robots espaciales o submarinos.
Motores especiales para las profundidades del océano
maxon motor se está aventurando a bajar a la oscuras profundidades del océano. Después de un periodo de desarrollo de dos años, el especialista suizo en motores eléctricos presenta sus propios motores submarinos. Dichos propulsores consisten en un motor DC sin escobillas, un reductor y un controlador. A esto hay que añadir una carcasa y una hélice. La unidad ha sido diseñada para su uso en el agua del mar, soporta la presión a una profundidad de 6000 metros (600 bar) y es resistente a la corrosión.
Para garantizar esto, maxon ha utilizado principalmente titanio y plástico. Para llevar a cabo el trabajo de desarrollo, los ingenieros colaboraron con el Centro Alemán de Investigación para la Inteligencia Artificial (DFKI). El instituto está especializado en vehículos submarinos. El primer modelo del propulsor, el MT30, ya está disponible este año como producto estándar. Actualmente está planificados otros tamaños (diámetros de 20, 40 y 70 milímetros).
maxon thruster MT30
Lleno de aceite y resistente a la presión
maxon ofrece un sistema motor resistente a la presión como solución estándar para aplicaciones submarinas a medida. El elemento central es una combinación de motorreductor, que consiste en un motor DC sin escobillas y un reductor planetario. Para protegerlo de la corrosión, el sistema motor está encapsulado en una carcasa de plástico sellada con dos bridas de titanio. El motor puede conectarse a un compensador.
Esta unidad motriz llena de aceite se conecta con el compensador mediante un tubo. La presión del agua se transmite al aceite a través de una membrana que, dependiendo de la profundidad o la presión del agua, se comprime hasta alcanzar un volumen determinado. El motor está equipado con conectores para integrar la electrónica de control. El compacto sistema motor submarino está disponible con diámetros de entre 16 y 42 milímetros y puede modificarse en función de los requisitos del cliente.
Unidad motriz llena de aceite para aplicaciones submarinas. Consta de un motor DC sin escobillas, un reductor planetario y un controlador. Resistente a la presión a hasta una profundidad de 6000 metros.
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maxon motor ag; DFKI