Soluciones para aplicaciones de automatización seguras, eficientes y de alta pureza

2ndSCIN® es una carcasa protectora para robots y otros componentes de automatización destinados a su uso en salas limpias. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Con sus marcas de prueba, Fraunhofer IPA ya ha probado y certificado más de 2.500 productos y materiales en todo el mundo para su limpieza y aptitud para salas limpias. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Demostrador para el marco de software de »retavi« (© Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez) / Con el nuevo marco de software «retavi», las empresas pueden automatizar sus máquinas, sistemas y procesos independientemente del hardware. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

CARA simplifica el proceso de evaluación de riesgos para robots colaborativos mediante un soporte inteligente y semi-automatizado para el usuario. (© Fraunhofer IPA) / CARA simplifica el proceso de evaluación de riesgos para robots colaborativos mediante un soporte inteligente y semi-automatizado para el usuario. © Fraunhofer IPA

En la bancada de pruebas de colisiones automática, los cobots se miden una sola vez, generando un modelo de colisión que puede ser utilizado para el diseño de seguridad. (© Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez) / Los cobots se miden una vez en la bancada de pruebas de colisiones automática, generando un modelo de colisión que puede ser utilizado para el diseño de seguridad. © Fraunhofer IPA/Fotografía: Rainer Bez

En la feria especializada Automatica de este año, el Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA presenta numerosas soluciones que – también gracias a la Inteligencia Artificial (IA) – simplifican y aceleran de manera significativa la planificación, programación y entrenamiento de robots. Se podrán ver del 24 al 27 de junio de 2025 en el pabellón A4, stand 314.

Ya sea en la sala de producción, en la sala limpia o en el laboratorio: en todas partes se utilizan robots y otros componentes de automatización que apoyan principalmente en tareas repetitivas, físicamente exigentes o peligrosas. Sin embargo, antes de que puedan ser instalados, programados y configurados, a menudo pasa mucho tiempo. El gran objetivo es, por tanto, la «Automatización de la Automatización». Esto significa que la configuración y puesta en marcha se realiza con herramientas adecuadas de manera mucho más automatizada que antes, ahorrando tiempo y costos.

El Fraunhofer IPA mostrará del 24 al 27 de junio de 2025 en Automatica en Múnich una serie de soluciones que, incluso utilizando tecnologías de IA, simplifican y aceleran de manera significativa la planificación, programación y entrenamiento de robots, automatizando (parcialmente) estos procesos.

Un marco de software para todas las máquinas y plantas

Investigadores del equipo de investigación en Arquitecturas de TI para la Producción, liderado por David Breunig, han desarrollado un marco de software con el que las empresas pueden automatizar toda su producción. Los controladores programables (PLC), que hasta ahora regulan el funcionamiento de máquinas y plantas y que se utilizan en gran cantidad en fábricas, podrían volverse innecesarios. «Quien hoy compra el PLC de un fabricante establecido, se vuelve dependiente de su hardware, entorno de desarrollo y lenguaje de programación», dice Breunig, «y eso es exactamente lo que queremos cambiar con nuestro marco de software.»

Para mostrar cómo funciona esta automatización definida por software, Breunig y su equipo han construido un demostrador que muestra el funcionamiento y uso del marco. Los visitantes podrán conocer en la feria las diferentes módulos del marco de software en una pantalla y crear o optimizar un proyecto de automatización por sí mismos.

Junto con una colega y dos colegas, Breunig planea independizarse con el marco de software. Su startup, retavi GmbH, comenzará oficialmente sus operaciones a finales de año.

Manipuladores móviles inteligentes y versátiles

Los robots humanoides actualmente reciben mucha atención en los medios y también jugarán un papel importante en Automatica. Según un estudio del Fraunhofer IPA en el marco del Centro de Avances en IA «Sistemas de aprendizaje y robótica cognitiva», muchas empresas tienen poco interés en que los robots puedan caminar como un humano. En cambio, los expertos encuestados ven el mayor potencial en que los objetos humanoides puedan agarrar de manera flexible como un humano. Y aquí entra en juego un desarrollo actual del Fraunhofer IPA. Debido a los muchos grados de libertad de una mano robótica, no es eficiente programar exhaustivamente estos movimientos de agarre. Para abordar esto, el Fraunhofer IPA investiga enfoques para un entrenamiento rápido e intuitivo de movimientos complejos de agarre y manejo.

Estos movimientos de agarre pueden aprenderse, por ejemplo, en una simulación y mediante Deep Reinforcement Learning. El foco no solo está en el control de las manos robóticas, sino especialmente en la instrucción intuitiva y el entrenamiento de nuevas aplicaciones para sistemas robóticos completamente flexibles, incluyendo plataformas móviles multipropósito con varios brazos y agarradores. Para ello, se utilizan métodos modernos como el Aprendizaje por Imitación y los llamados Modelos Fundamentales. Se emplean instrucciones en lenguaje natural, ejecuciones teleoperadas y procesos demostrados por humanos para transmitir habilidades robóticas de manera eficiente.

El demostrador en el stand ofrece una visión práctica de aspectos seleccionados de la tecnología y muestra cómo las ideas centrales de la investigación actual pueden trasladarse a la aplicación. Además, brinda la oportunidad de aprender más sobre los desafíos de los métodos actuales de aprendizaje por imitación y modelos fundamentales, así como sobre cómo un enfoque híbrido puede cerrar brechas específicas combinando habilidades robóticas comprobadas y parametrizables con métodos basados en aprendizaje.

Robótica de laboratorio flexible para manejo y dosificación de líquidos

La escasez de personal especializada también afecta a laboratorios y centros médicos. El personal existente dedica gran parte de su tiempo a tareas rutinarias monótonas, retrasando actividades de mayor valor añadido. Por ello, hay una gran demanda de soluciones de automatización en este entorno. Sin embargo, un sistema «listo para usar» suele ser inapropiado, ya que las tareas y objetos a manejar son muy diversos. Por eso, el Fraunhofer IPA desarrolla un kit de software adaptable para robots de laboratorio autónomos, que permite automatizar de manera eficiente estas tareas rutinarias. Por ejemplo, los robots podrán recoger consumibles relevantes para el proceso, dosificar químicas o muestras de forma autónoma, obtener muestras delicadas «justo a tiempo» de refrigeradores o armarios térmicos, o, en el futuro, realizar experimentos completamente de forma autónoma. Para ello, el robot debe ser capaz de localizar y agarrar diferentes tipos de recipientes, pesar con precisión líquidos y sólidos, abrir armarios y puertas, y navegar de forma autónoma.

En Automatica, el Fraunhofer IPA mostrará el estado actual del desarrollo mediante un demostrador que puede dosificar líquidos de diferentes viscosidades de forma automatizada y dividir en recipientes definidos.

Implementación segura de colaboración humano-robot semi-automatizada

Las soluciones modernas de automatización deben ser lo más flexibles posible debido a lotes pequeños. Pero esto también significa que las medidas de seguridad deben ajustarse continuamente. La evaluación de riesgos y la marca CE son procesos que actualmente aún son muy largos y requieren mucho conocimiento experto. Por ello, el Fraunhofer IPA ha desarrollado herramientas tanto para la fase de planificación como para la de uso, que simplifican y aceleran la evaluación de seguridad.

El expositor en la feria, «CARA», es una herramienta para la fase de planificación que ayuda ampliamente en la evaluación de seguridad. Asiste a los profesionales con una simulación en 3D para planificar y aplicar todas las medidas de seguridad necesarias en seis pasos, incluso antes de poner en marcha una planta. CARA considera parámetros como posibles peligros, distancias de seguridad y la interacción potencial entre humano y máquina. Identifica automáticamente riesgos de colisión y atrapamiento. Luego, la herramienta propone medidas para reducir riesgos.

También en la fase de planificación, modelos de colisión, que se determinan mediante un banco de pruebas automatizado desarrollado por el Fraunhofer IPA, ayudan a abordar el reto de que las fuerzas y presiones máximas permitidas en colisiones limitan las velocidades y tiempos de ciclo del robot, reduciendo así el rendimiento de la planta. Sin embargo, las fuerzas que ocurren durante la funcionamiento son difíciles de calcular matemáticamente. Una vez creados, estos modelos permiten estimar con precisión el rendimiento en la fase de planificación. CARA puede hacer uso de estos modelos.

Programación intuitiva de robots mediante una nueva interfaz de usuario

La programación de robots sigue siendo a menudo un cuello de botella cuando se trata de configurar o cambiar una aplicación de manera eficiente. Cómo reducir el conocimiento especializado necesario y programar robots de manera eficiente incluso con alta variedad de variantes, se muestra en una nueva interfaz de usuario basada en un ejemplo de una simulación de desmontaje en la feria. La interfaz permite combinar habilidades individuales, es decir, capacidades del robot, en una tarea completa. Para ello, se utilizan bloques de habilidades de la software «pitasc» del Fraunhofer IPA, que se pueden ensamblar y combinar sin conocimientos de programación específicos para la aplicación.

Automatización en entornos de alta pureza: 2ndSCIN® y Tested Device®

2ndSCIN® es un recubrimiento patentado que protege y prepara robots y otros componentes de automatización móviles para la producción en entornos ultralimpios. La cubierta está hecha de un textil multicapa, permeable y flexible, que imita la piel humana en su funcionamiento. La capa textil está equipada con sensores que miden continuamente parámetros como concentración de partículas, contaminación química, presión o humedad. Algoritmos basados en IA analizan estos datos y permiten, por ejemplo, un mantenimiento predictivo. Dependiendo de la aplicación, pueden superponerse dos o más capas textiles separadas por separadores.

En los espacios intermedios, se puede succionar o extraer aire, permitiendo eliminar partículas provenientes del entorno o de la propia automatización. La introducción de gases especiales en estos espacios permite, por ejemplo, su esterilización. La cubierta puede cambiarse en aproximadamente una hora y reutilizarse tras una descontaminación. «2ndSCIN® es extremadamente versátil en su construcción, por lo que podemos adaptar soluciones a necesidades específicas. Así, abordamos muchos requisitos para cubiertas de protección aptas para entornos limpios, que otros productos no cumplen», explica Udo Gommel, jefe del área de producción crítica en contaminación del Fraunhofer IPA. Él y su equipo presentarán 2ndSCIN® en la feria.

Desde hace años, el Fraunhofer IPA también ofrece métodos para evaluar la emisión de partículas, emisión de gases, ESD y otros requisitos. Para los productos analizados, se otorga la marca de prueba Tested Device®, que también podrán consultar los visitantes en el stand. Las empresas reciben un informe de prueba específico del producto y del cliente que certifica la pureza y aptitud para entornos limpios de sus instalaciones, dispositivos o consumibles. Los estudios incluyen entornos de producción en salas limpias atmosféricas, salas limpias secas y condiciones de vacío.