La fabricación autónoma híbrida consiste en sistemas automatizados que utilizan múltiples herramientas y técnicas para fabricar componentes de alta calidad bajo demanda.
Los expertos trabajan en el desarrollo de un conjunto automatizado de herramientas capaz de llevar a cabo todos los pasos para fabricar una amplia gama de componentes.
Este método utiliza múltiples procesos, sin necesidad de intervención humana, y podría emplearse para crear materiales destinados a tratar a pacientes con fracturas óseas.
Las empresas ya están empezando a incorporar las tecnologías necesarias para la fabricación autónoma, según escribe un profesor de ingeniería metalúrgica.
El fallo de una máquina en una fábrica puede paralizarla. La producción perdida puede costar millones de dólares al día. Los fallos de componentes pueden devastar fábricas, centrales eléctricas y equipos de campo de batalla.
Para volver a funcionar, los técnicos cualificados utilizan todas las herramientas de su kit - mecanizado, doblado, soldadura y tratamiento superficial -, fabricando la pieza justa con la mayor rapidez y precisión posibles. Pero hay una cada vez menor cantidad de técnicos con las habilidades adecuadas, y la calidad de los objetos fabricados a mano depende de las habilidades y del estado de ánimo del artesano el día en que se fabrica la pieza.
Ambos problemas podrían resolverse pronto gracias a técnicos robóticos con inteligencia artificial. Estos sistemas pueden tomar mediciones; dar forma, cortar o soldar piezas con diversas herramientas; transferir piezas a equipos especializados e incluso comprar los materiales necesarios, todo ello sin intervención humana. Conocido como fabricación autónoma híbrida, este proceso implica sistemas automatizados que utilizan de forma fluida múltiples herramientas y técnicas para fabricar componentes de alta calidad allí y cuando se necesitan.
Soy profesor de ingeniería metalúrgica. Mis colegas y yo diseñamos las recetas para fabricar materiales y componentes con la estructura interna justa para generar propiedades como la resistencia y la resistencia a la fractura. Con una red de colegas de Ohio State y de otras universidades, he estado desarrollando un plan para dar vida a estos artesanos autónomos.
Cómo se fabrican las cosas
Los componentes se fabrican en serie o a medida.
La mayoría de los objetos que las personas tocan a diario se fabrican en serie. La calidad se garantiza mediante procesos perfeccionados, basados en la prueba y el seguimiento de grandes cantidades de piezas, y en asegurar que el proceso se realice siempre de la misma manera.
La fabricación personalizada, es decir, la producción de componentes bajo demanda, suele ser esencial, a veces para adaptarse a la anatomía específica de un paciente o para reemplazar un tren de aterrizaje de aeronave que fue forjado y que ya no se fabrica. Los procesos para fabricar piezas metálicas (eliminación de material, deposición, deformación, transformación e inspección) pueden realizarse todos con herramientas pequeñas, mediante acciones incrementales, en lugar de con los procesos masivos, normalmente con herramientas grandes y matrices, que se utilizan en la producción en masa.
La automatización lleva mucho tiempo formando parte de la producción en masa, que incluye robots sofisticados que manipulan piezas y sueldan en las cadenas de montaje de automóviles. La fabricación aditiva, a menudo denominada impresión 3D, se utiliza cada vez más con una variedad de materiales para fabricar componentes.
Actualmente en desarrollo están herreros robóticos – robots capaces de martillear piezas metálicas para darles forma en lugar de cortarlas, añadir material o moldearlas.
Personalización automatizada: no es una contradicción
Para automatizar la fabricación personalizada, mis colegas y yo estamos desarrollando un conjunto automatizado de herramientas capaz de llevar a cabo todos los pasos para fabricar una amplia gama de componentes, mediante múltiples procesos y sin intervención humana. Los sensores también serán fundamentales en la fabricación autónoma híbrida para controlar los procesos y mantener y garantizar la calidad.
Estos sistemas de fabricación autónoma tomarán las innumerables decisiones necesarias para crear un componente con la resistencia, el tamaño y el acabado superficial adecuados. Será necesaria la inteligencia artificial para gestionar el enorme número de opciones de materiales, ajustes de máquinas y secuencias de procesos. En lugar de encontrar una receta de producción en masa y no desviarse nunca de ella, estos sistemas de fabricación autónoma elegirán entre un conjunto muy amplio de recetas posibles para crear piezas, y tendrán la inteligencia necesaria para garantizar que la vía elegida produzca componentes con las propiedades materiales adecuadas.
Los robots podrían colocar pequeñas herramientas sobre el componente fabricado o trasladar el componente de un equipo a otro. Un sistema totalmente autónomo podría fabricar una amplia gama de productos con un conjunto versátil de herramientas. Los sistemas podrían obtener materiales e incluso enviar trabajos a herramientas especializadas de corte y deformación, al igual que un artesano humano.
La tasa de producción de estos sistemas no igualaría la de la producción en masa, pero, como los robots pueden trabajar de forma continua, pueden ser más productivos que los técnicos humanos. Los datos de los sensores proporcionan un registro digital de todos los pasos y procesos, con temperaturas críticas, ajustes de máquinas e incluso imágenes. Este registro puede garantizar la calidad, por ejemplo, asegurando que el material se haya deformado en la cantidad correcta y que no se hayan producido grietas durante el proceso ni se hayan ocultado.
¿Qué está haciendo el Foro Económico Mundial frente a la Cuarta Revolución Industrial?
El Centro de Tecnologías de Frontera e Innovación reúne a científicos, responsables políticos y líderes empresariales para comprender las tecnologías emergentes y sus implicaciones en el mundo real.
Al facilitar la colaboración y la experimentación, el Centro ayuda a los socios a traducir la innovación de la investigación en aplicaciones prácticas que abordan desafíos globales compartidos.
La fabricación en el quirófano o cerca de él es un ejemplo de proceso que puede habilitarse mediante la fabricación autónoma híbrida. A menudo, cuando los pacientes con fracturas óseas se someten a cirugía de trauma, se requieren placas metálicas de formas variadas para mantener unidos los huesos durante la curación. Estas placas suelen crearse en el quirófano, donde el cirujano las dobla para adaptarlas al paciente, a veces utilizando como molde un modelo impreso en 3D creado a partir de imágenes médicas del paciente contra el que doblar el metal.
Doblar a mano es lento e impreciso, y forzar la placa en el lugar equivocado puede provocar que se fracture. Un técnico robótico podría cortar, doblar y acabar una placa antes de la cirugía. Los pacientes se recuperan mejor y ahorran dinero si pasan menos tiempo en el hospital.
El camino hacia los artesanos robóticos
Numerosas empresas están mostrando ya el camino a seguir en la fabricación autónoma, entre ellas tres empresas emergentes financiadas con capital riesgo. FormLogic está desarrollando talleres mecánicos automatizados de alta calidad. Path Robotics está trasladando las habilidades de un soldador a un robot. Y Machina Labs pretende crear herreros robóticos. Otras empresas están desarrollando sistemas para automatizar el diseño y la logística.
La hibridación (la capacidad de realizar distintas tareas de diferentes maneras con múltiples herramientas) es el siguiente paso. Las piezas clave de la fabricación autónoma híbrida ya existen, y los sistemas totalmente autónomos podrían ser habituales en una década. Las empresas que adopten este enfoque para la fabricación personalizada necesitarán contar con una nueva generación de estudiantes con las habilidades necesarias para combinar estas tecnologías.
Las inversiones propuestas en la Ley de Innovación y Competencia de Estados Unidos aprobada por el Senado el 8 de junio de 2021, y las incluidas en el plan propuesto por la administración Biden Plan de Empleo Estadounidense podrían respaldar el desarrollo de este tipo de tecnologías avanzadas de fabricación. Los fondos destinados al desarrollo de tecnologías avanzadas de fabricación y a la base de competencias asociada podrían hacer más competitiva la fabricación en EE. UU..
