Sistema Mecatrónico para la óptica en cirugía laparoscópica pediátrica

Los avances tecnológicos son sin duda eventos claves en el desarrollo de la medicina y en especial el campo de la cirugía endoscópica. El uso de sistemas robóticos han permitido perfeccionar los movimientos del cirujano durante las intervenciones. En 1991 aparece en el mundo el primer robot asistente para esta cirugía el robot AESOP, su función es sostener el laparoscópio y moverlo durante ésta.

En este sistema mecatrónico se presenta la aplicación y prueba de una herramienta quirúrgica que permite el auto manejo por parte del cirujano de la cámara durante la cirugía.

Figura 1.1 Sistema Mecatrónico para la óptica en cirugía laparoscópica pediátrica Serie de casos. (Revista Mexicana de Cirugia Pediatrica,p8).

El sistema mecatronico consta de un arnés, cuyo propósito es sujetar y mantener el laparoscopio durante la cirugía. Este dispone de tres grados de libertad, uno activo y dos pasivos. Para hacer la exploración y navegación laparoscópica se requieren seis movimientos básicos las cuales son: derecha, izquierda, arriba, abajo, entrar, salir describiendo en conjunto un cono invertido dentro de la cavidad.

El cirujano utilizó sus movimientos posturales y estableció visualmente en conjunto con el asistente mecatrónico la zona de trabajo.

Figura 1.2 Sistema Mecatrónico para la óptica en cirugía laparoscópica pediátrica Serie de casos. (Revista Mexicana de Cirugia Pediatrica,p7).

Al termino de la cirugía el cirujano tiene la experiencia de utilizar la tecnología que establece nuevas metodologías de navegación que sean más adaptables al entorno y a la maniobrabilidad para realizar un mejor trabajo quirúrgico.

Ivan Rafael Aguirre Vazquez, et al. "Sistema Mecatrónico Para La Óptica En Cirugía Laparoscópica Pediátrica Serie De Casos. (Spanish)." Revista Mexicana De Cirugia Pediatrica 16.1 (2009): 6-11. Academic Search Complete. Web. 16 Nov. 2011.

MANOFACTURA POR COMPUTADORA.

APLICACION DE MECATRONICA EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS

EN ESTE VIDEO PODEMOS OBSERVAR Y OBTENER  INFORMACION ACERCA DEL FUTURO DE LA VIDA HUMANA QUE IRA LIGADA A LA  MECATRONICA 

VIDEO DE ANDROIDES

PODEMOS APRECIAR COMO SE PRESENTA EN UN FESTIVAL DE TOKIO MODELOS DE ROBOTS ANDROIDES CON UNA FISONOMIA MUY HUMANA.

Control Automático de Condiciones Ambientales en Domótica usando Redes Neuronales Artificiales

Control Automático de Condiciones Ambientales en Domótica usando Redes Neuronales Artificiales

Para mejorar las relaciones humano-máquina en entornos automatizados como hogares, oficinas y edificaciones se propone el uso del concepto de computación omnipresente. El concepto de computación omnipresente puede aplicarse a sistemas de automatización de residencias y lugares de trabajo, dotando al sistema de la habilidad tanto para reaccionar ante las acciones del usuario y aprender de sus hábitos, como para controlar aspectos ligados al ahorro energético, confort y seguridad del entorno. Por tanto, el desarrollo de ambientes automatizados dotados de real inteligencia, capaz de adaptarse por un lado al uso que se les da y por otro mantener condiciones propicias que apoyen la seguridad y el ahorro energético, son características esenciales en los futuros sistemas de éste tipo.

Por medio de este mecanismo automatizado se determina el estado de la iluminación, temperatura, humedad y otros valores de entorno y cómo se actúa sobre ellos. Para esto se consideran los hábitos diarios del usuario y las condiciones reales del entorno.

En cuanto a este mecanismo se utilizan redes de neuronas artificiales (RNA) como clasificador del estado de las luces, calefacción y ventilación. Se utiliza una RNA por cada dispositivo del cual se pretende obtener su estado de forma automática. Cada RNA utilizada se compone de tres capas (capa de entrada, capa oculta y capa de salida). La capa de entrada tiene 48 neuronas, en donde se codifican los valores del entorno respecto a luminosidad, temperatura, humedad, fecha y presencia o no de personas.

La capa oculta utiliza 4 neuronas. El número de neuronas de la capa oculta no puede ser demasiado pequeño, ya que disminuiría la capacidad de la RNA para aprender patrones, pero si el número de la neurona de la capa oculta es demasiado grande, se corre el riesgo de sobrealimentar el conjunto de datos (Berry, 1997), si bien el número empleado en la capa oculta es pequeño, las pruebas realizadas demuestran que es lo suficiente para obtener una clasificación adecuada.La capa de salida está compuesta por 2 neuronas, lo que permite codificar hasta 4 estados posibles (22), de los cuales se utilizarán solo 3 en esta implementación, los que se codificarán como Encender, Apagar y Mantener Estado Actual.

Por el lado del software, se construyó una escena tridimensional que se asemeja a la oficina real, tal como se muestra en la figura 1.1 . Esto mediante el motor para escenarios 3D Icarus (Icarus, 2010) y el marco de trabajo (Framework) para automatización y robótica monoBOTICS (monoBOTICS, 2010), los cuales no solo permitieron la creación de la escena de realidad virtual (Hollands,1996 ), sino que también vincular los objetos 3D con los dispositivos reales de la oficina, permitiendo ver en tiempo real las acciones de los usuarios en la oficina real en el entorno virtual y a su vez, controlar los dispositivos reales desde el entorno virtual (Ej.: encender la lámpara real enciende la lámpara virtual y apagar la lámpara virtual apaga la lámpara real).

Figura 1.1 Interfaz Simulación Icarus +monoBOTICS

Los resultados muestran que la técnica de redes neuronales es capaz de reconocer satisfactoriamente más de un 90% de los patrones del usuario.

Berry M, Linolf G.; Data Mining Techniques: For Marketing, Sales, and Customer Relationship Management. 2nd Ed. ISBN: 978-0-471-47064-9, (1997). 

Hollands R., “The Virtual Reality Homebrewer’s Handbook”. John Wiley & Sons, (1996).

Henríquez, Mauricio R., and Patricio A. Palma. "Control Automático De Condiciones Ambientales En Domótica Usando Redes Neuronales Artificiales. (Spanish)." Información Tecnológica 22.3 (2011): 125-139. Academic Search Complete. Web. 16 Nov. 2011.

Ingeniería Aeroespacial

La Ingeniería aeroespacial es una rama de la ingeniería que estudia a las aeronaves; engloba a los ámbitos de la actual Ingeniería aeronáutica, relacionada con el diseño de sistemas que vuelan en la atmósfera y de la Ingeniería espacial, entendiendo por esta última aquella que se ocupa del diseño de los vehículos impulsores y de los artefactos que serán colocados en el espacio. Mientras que la ingeniería aeronáutica fue el término original, el término más amplio "aeroespacial" lo ha sustituido en el uso.

Ingeniería aeronáutica

La ingeniería aeronáutica consiste en la aplicación de la tecnología al diseño, construcción o fabricación y la utilización de artefactos capaces de volar o aerodinos principalmente aviones o aeronaves, misiles y equipos espaciales y en los aspectos técnicos y científicos de la navegación aérea y los instrumentos de los cuales se sirve ésta.

La ingeniería aeronáutica se ocupa de diseñar y construir las aeroestructuras de los aviones y helicópteros tomando en consideración las leyes de la aerodinámica y los fundamentos de la mecánica de fluidos y la ingeniería estructural. Además se encargan de la integración de los elementos motores (alternativos, turbofanes, turborreactores y turboejes) en las aeroestructuras para construir la aeronave. Otros campos de actividad de los Ingenieros Aeronáuticos son la construcción de aeropuertos, el diseño y operación de redes de transporte aeronáutico y la fabricación de equipos y materiales especiales como armamento, satélites o cohetes espaciales.

Profesión

El ingeniero aeroespacial se encarga de calcular, diseñar, proyectar, optimizar y modificar equipos y sistemas mecánicos utilizados por la industria aeronáutica y espacial, incluidos sus procesos de producción o manufactura, además de evaluar, planificar, dirigir, optimizar y ejecutar proyectos de ingeniería en un contexto multidisciplinario.

Algunos de los elementos que le competen a esta carrera son:

▪    Astrodinámica - la ciencia que estudia el comportamiento de los objetos, naturales y artificiales, en el espacio.

▪  Aerodinámica - el estudio del movimiento de fluidos alrededor de alas u otros objetos, o a través de túneles de viento (vea también Sustentación y aeronáutica)

▪    Propulsión - la energía necesaria para trasladar un vehículo a través del aire, o para el espacio exterior, es generada por motores de combustión (usando diferentes mezclas de sustancias como gasolina, oxígeno e hidrógeno).

▪    Estructura - el diseño de la configuración física de la nave para soportar las fuerzas encontradas en el vuelo. Generalmente se busca mantener el peso lo más ligero posible para un mejor desempeño.

▪    Ingeniería de los materiales - relacionado a estructuras, la ingeniería aeroespacial también estudia los materiales de los cuales se construirán las estructuras aeroespaciales. Nuevos materiales con propiedades muy específicas son inventados, o materiales existentes son modificados para mejorar su desenvolvimiento.

▪    Aeroelasticidad - la interacción de fuerzas aerodinámicas y flexibilidad estructural, potencialmente causando agitaciones, separaciones, etc

▪    Informática - específicamente concierne al diseño y programación de cualquier sistema de computación a bordo de una aeronave o una nave espacial y a la simulación de sistemas.

El fundamento de la mayoría de estos elementos está en matemática teórica, como la dinámica de fluidos para la aerodinámica o las ecuaciones de movimientos para la dinámica de vuelo. Pero también existe un gran componente empírico. En la historia, este componente empírico fue derivado de las pruebas con modelos a escala y con prototipos, ya hayan sido en túneles de viento o en atmósferas libres. Más recientemente, los avances en computación han permitido el uso de dinámicas de fluido computarizados para simular el comportamiento del fluido, reduciendo tiempo y gasto en pruebas en el túnel de viento.

Además, la ingeniería aerospacial presta atención en la integración de todos los componentes que constituyen un vehículo aeronáutico (subsistemas que incluyen el de poder, comunicaciones, el de control térmico, mantenimiento de vida, etcétera) y su ciclo de vida (diseño, temperatura, presión, radiación, velocidad, y vida útil), así topándose con retos extraordinarios y soluciones especificas del dominio de sistemas de la ingeniería aeroespacial.

Stanzione, Kaydon Al (1989), «Engineering», Encyclopedia Britannica, 18 (15 edición), Chicago, pp. 563–563

Diseño asistido por computadora (CAD)

El diseño asistido por computador u ordenador, más conocido por sus siglas inglesas CAD (Computer Asisted Design), es el uso de un amplio rango de herramientas computacionales que asisten a ingenieros, arquitectos y a otros profesionales del diseño en sus respectivas actividades.

También se llega a encontrar denotado con las siglas CADD, dibujo y diseño asistido por computadora (Computer Asisted Drawing and Design). El CAD es también utilizado en el marco de procesos de administración del ciclo de vida de productos (Product Lifecycle Management).

Dibujo realizado con software CAD

Estas herramientas se pueden dividir básicamente en programas de dibujo en dos dimensiones (2D) y modeladores en tres dimensiones (3D). Las herramientas de dibujo en 2D se basan en entidades geométricas vectoriales como puntos, líneas, arcos y polígonos, con las que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Los modeladores en 3D añaden superficies y sólidos.


El usuario puede asociar a cada entidad una serie de propiedades como color, usuario, capa, estilo de línea, nombre, definición geométrica, etc., que permiten manejar la información de forma lógica. Además pueden asociarse a las entidades o conjuntos de éstas otro tipo de propiedades como material, etc., que permiten enlazar el CAD a los sistemas de gestión y producción.


De los modelos pueden obtenerse planos con cotas y anotaciones para generar la documentación técnica específica de cada proyecto. Los modeladores en 3D pueden, además, producir previsualizaciones fotorealistas del producto, aunque a menudo se prefiere exportar los modelos a programas especializados en visualización y animación, como Maya, Softimage XSI o 3D Studio Max.

Historia de Autodesk (creador de Autocad)

El primer producto notable de Autodesk fue AutoCAD un derivado del CAD diseñado para funcionar en las plataformas de microcomputadoras de la época incluyendo computadoras de 8 bits que ejecutaban el sistema operativo CP/M y dos de los entonces nuevos sistemas operativos de 16 bits como Victor 9000 y la IBM PC.

Esta herramienta de CAD permitía crear dibujos técnicos detallados, y era económicamente accesible para pequeñas empresas de diseño, ingeniería y arquitectura. En la versión 2.1 se presentó un nuevo concepto en industria del CAD y del software: el software plataforma abierta, por medio de la introducción de un intérprete embebido de lenguaje de programación lisp: AutoLisp, modificado para las soluciones particulares incorporadas en AutoCAD. Además, también implementaron un subconjunto de la bibliotecas de lenguaje de programación C y fue puesto a disposición de programadores. Esto trajo como consecuencia el crecimiento "evolutivo" de un conjunto de compañías de software que desarrollaban soluciones centradas en AutoCAD como plataforma principal.


Desde el lanzamiento de la versión 12, la compañía deja de soportar el sistema operativo Unix y Apple Macintosh, y tras la versión 14 descontinuó MS-DOS como plataforma, trabajando en conjunto con Microsoft para compartir sus tecnología y obtener un mayor desempeño en el sistema operativo de Windows.


Los formatos de archivo DXF y DWG son los más comunes para el intercambio del CAD.


En 2002, Autodesk compró un software de modelado paramétrico relacionado, llamado Revit [2], que pertenecía a la empresa basada en Massachusetts llamada Revit Technologies por un importe $133 millones de dólares. Revit, esta hecho para soluciones del edificio y el grupo de la infraestructura y Inventor [3] para el grupo de fabricación, son ahora el cimiento para los futuros productos de Autodesk separándose de su base de código durante 20 años que fue AutoCAD.


A pesar de que no hay otras empresas competidoras de tamaño similar en la industria del software de diseño, los productos de Autodesk compiten contra productos de varias compañías más pequeñas, incluyendo MicroStation, propiedad de Bentley, ArchiCAD, propiedad de Graphisoft, SolidWorks, propiedad de Dassault Systemes, de RoadEng, propiedad de Softree Technical Systems, Model 12d, propiedad de 12d Solutions, y Pro/E, poseído cerca PTC.


El 4 de octubre de 2005, Autodesk anunció su intención de adquirir Alias que concretó el 10 de enero de 2006, por la suma de 197 millones de dólares.

Que es Autocad. Autodesk AutoCAD es un programa de diseño asistido por ordenador (CAD "Computer Aided Design"; en inglés, Diseño Asistido por Computador) para dibujo en 2D y 3D. Actualmente es desarrollado y comercializado por la empresa Autodesk. Al igual que otros programas de Diseño Asistido por Ordenador (DAC), AutoCAD gestiona una base de datos de entidades geométricas (puntos, líneas, arcos, etc) con la que se puede operar a través de una pantalla gráfica en la que se muestran éstas, el llamado editor de dibujo. La interacción del usuario se realiza a través de comandos, de edición o dibujo, desde la línea de órdenes, a la que el programa está fundamentalmente orientado. Las versiones modernas del programa permiten la introducción de éstas mediante una interfaz gráfica de usuario o en inglés GUI, que automatiza el proceso. Como todos los programas de DAC, procesa imágenes de tipo vectorial, aunque admite incorporar archivos de tipo fotográfico o mapa de bits, donde se dibujan figuras básicas o primitivas (líneas, arcos, rectángulos, textos, etc.), y mediante herramientas de edición se crean gráficos más complejos. El programa permite organizar los objetos por medio de capas o estratos, ordenando el dibujo en partes independientes con diferente color y grafismo. El dibujo de objetos seriados se gestiona mediante el uso de bloques, posibilitando la definición y modificación única de múltiples objetos repetidos. Parte del programa AutoCAD está orientado a la producción de planos, empleando para ello los recursos tradicionales de grafismo en el dibujo, como color, grosor de líneas y texturas tramadas. AutoCAD, a partir de la versión 11, utiliza el concepto de espacio modelo y espacio papel para separar las fases de diseño y dibujo en 2D y 3D, de las específicas para obtener planos trazados en papel a su correspondiente escala. La extensión del archivo de AutoCAD es .dwg, aunque permite exportar en otros formatos (el más conocido es el .dxf). Maneja también los formatos IGES y STEP para manejar compatibilidad con otros softwares de dibujo. El formato.dxf permite compartir dibujos con otras plataformas de dibujo CAD, reservándose AutoCAD el formato.dwg para sí mismo. El formato.dxf puede editarse con un procesador de texto básico, por lo que se puede decir que es abierto. En cambio, el.dwg sólo podía ser editado con AutoCAD, si bien desde hace poco tiempo se ha liberado este formato (DWG), con lo que muchos programas CAD distintos del AutoCAD lo incorporan, y permiten abrir y guardar en esta extensión, con lo cual lo del DXF ha quedado relegado a necesidades específicas. Es en la versión 11, donde aparece el concepto de modelado sólido a partir de operaciones de extrusión, revolución y las booleanas de unión, intersección y sustracción. Este módulo de sólidos se comercializó como un módulo anexo que debía de adquirirse aparte. Este módulo sólido se mantuvo hasta la versión 12, luego de la cual, AutoDesk, adquirió una licencia a la empresa Spatial, para su sistema de sólidos ACIS. El formato.dwg ha sufrido cambios al evolucionar en el tiempo, lo que impide que formatos más nuevos.dwg puedan ser abiertos por versiones antiguas de AutoCAD u otros CADs que admitan ese formato. La última versión de AutoCAD hasta la fecha es el AutoCAD 2010, y tanto él como sus productos derivados (como Architectural DeskTop ADT o Mechanical DeskTop MDT) usan un nuevo formato no contemplado o trasladado al OpenDWG, que sólo puede usar el formato hasta la versión 2000.   FIGURA 1.0 AutoCAD 2011 BIBLIOGRAFÍA:

Ramos,Sergio.”Red21.com Cursos online”. Cursos por internet. 10 de Junio de 2011. http://www.cursosporinternet.info/index.php/the-news/37-disgraf/269-diseno-asistido-por-computadora-cad.html. 11 de Noviembre de 2011.

INDUSTRIALIZACIÓN

La nueva era mecatrónica ha logrado generar mediante la fusión acertada de los principios que la rigen, máquinas herramientas computarizadas, sistemas flexibles de producción y robots aptos para intervenir en los diferentes procesos productivos industrializados. Los principales aportes y adelantos en automatización y robótica han permitido que los procesos de fabricación industrial alcancen diferentes niveles y grados. De hecho los robots son bue- nos ejemplos del aporte de la mecatrónica a la industria, ya que gracias a su integración en varias áreas se agilizan los procesos y se desarrolla una más eficiente producción en serie.

Según la organización internacional para la estandarización ISO, eI robot industrial es un manipulador multifuncional, reprogramable, de posiciones o movimientos automáticamente controlados, con varios ejes, capaz de manejar materiales, partes, herramientas o instrumentos especializados a través de movimientos variables programados para la ejecución de varias tareas.

Con frecuencia tienen la apariencia de uno o varios brazos que terminan en una muñeca; su unidad de control utiliza un sistema de y algunas veces puede valerse de instrumentos sensores y adaptadores que responden a estímulos del medio ambiente y sus circunstancias, así como las adaptaciones realizadas. Estas máquinas multifuncionales son generalmente diseñadas para realizar funciones repetitivas y pueden ser adaptados a otras funciones sin alteraciones permanentes en el equipo.

Teniendo en cuenta lo anterior, se puede afirmar, que los avances de la mecatrónica, específicamente en el área de robótica, ayudan a la industria en varios aspectos:

Fundición en molde (die-casting):

esta fue la primera aplicación industrial.

Soldadura de punto: utilizada en la industria automotriz 

Soldaduras de arco: no requiere de modificaciones sustanciales en el equipo de soldadura y aumenta la flexibilidad y la velocidad.

Moldeado por extrusión: de gran Importancia por creciente la demanda de partes especializadas de gran complejidad y precisión.

Forjado (Forglng): la principal aplicación es la manipulación de partes metálicas calientes.

Aplicaciones de prensado (press work): partes y panales de vehículos y estructuras de aviones, electrodomésticos y otros productos metalmecánicos. Esta es un área de rápido desarrollo de nuevos tipos de robot.

Pinturas y tratamiento de superficies: el mejoramiento de las condiciones de trabajo y la flexibilidad han sido las principales razones para el desarrollo de estas aplicaciones.

Moldeado plástico: descarga de máquinas de inyección de moldes, carga de moldes, paletización y empaque de moldes, etc.

Aplicaciones en la Fundición: carga y descarga de máquinas, manejo de materiales calientes, manejo de moldes, etc.

Carga y Descarga de Máquina Herramientas: los robots aumentan la flexibilidad y versatilidad de las máquinas herramientas y permiten su articulación entre si. Contribuyen a la reducción de stocks, minimizan costos del trabajo directo e indirecto, aumentan la calidad de la producción.

Diversas aplicaciones industriales implican la clasificación de los robots en cuatro tipos de operaciones efectuadas:

Robots para manejo de materiales: carga y descarga de máquinas herramienta, moldeado de plástico.

Figura 1.1 Laboratorio de Automatización (Simula el proceso de producción de una industria)