En la feria especializada Automatica de este año, el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción y Automatización IPA presenta numerosas soluciones que, gracias a la Inteligencia Artificial (IA), simplifican y aceleran masivamente la planificación, programación y entrenamiento de robots. Se podrá ver del 24 al 27 de junio de 2025 en el pabellón A4 en el stand 314.
Ya sea en la sala de producción, en la sala limpia o en el laboratorio: en todas partes se utilizan ahora robots y otros componentes de automatización que apoyan principalmente en tareas repetitivas, físicamente exigentes o peligrosas. Sin embargo, a menudo pasa mucho tiempo hasta que están instalados, programados y configurados. Por lo tanto, el gran objetivo es 'Automatización de la Automatización'. Esto significa que la configuración y puesta en marcha se realiza de manera mucho más automatizada que antes, lo que ahorra tiempo y costos.
El Fraunhofer IPA mostrará del 24 al 27 de junio de 2025 en la Automatica en Múnich una serie de soluciones que, utilizando tecnologías de IA, simplifican y aceleran masivamente la planificación, programación y entrenamiento de robots, automatizando (parcialmente) estos procesos.
Un marco de software para todas las máquinas e instalaciones
Científicos liderados por David Breunig del equipo de investigación de arquitecturas de TI para la producción en el Fraunhofer IPA han desarrollado un marco de software que permite a las empresas automatizar toda su producción. Las controladoras programables (SPS), que hasta ahora regulan el funcionamiento de máquinas e instalaciones y se instalan en gran cantidad en fábricas, pueden volverse obsoletas.
'Quien hoy compra la SPS 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 Automatica en la pantalla los diferentes módulos del marco de software y crear o optimizar un proyecto de automatización.
Junto con una colega y dos colegas, Breunig planea hacerse autónomo con el marco de software. Su start-up, la retavi GmbH, comenzará oficialmente sus operaciones a finales de año.
Manipuladores móviles inteligentes de uso flexible
Los robots humanoides están recibiendo mucha atención en los medios y también jugarán un gran papel en la Automatica. Según un estudio del Fraunhofer IPA en el marco del centro de progreso de IA 'Sistemas Aprendices y Robótica Cognitiva', muchas empresas tienen poco interés en que los robots puedan moverse como un humano. En cambio, los profesionales encuestados ven el mayor potencial en que los humanoides puedan agarrar objetos de manera similar a como lo hace un humano. Y aquí es donde se conecta un desarrollo actual del Fraunhofer IPA. Debido a los muchos grados de libertad de una mano robótica, no es eficiente programar exhaustivamente los robots para estos procesos de agarre. Para abordar esto, el Fraunhofer IPA investiga enfoques para el aprendizaje rápido e intuitivo de movimientos complejos de agarre y manipulación.
Los procesos de agarre pueden ser enseñados, por ejemplo, en una simulación y con aprendizaje por refuerzo profundo. El enfoque no solo se centra en el control de las manos robóticas, sino especialmente en la instrucción intuitiva y el aprendizaje de nuevas aplicaciones para sistemas robóticos completamente flexibles, incluidos plataformas móviles multipropósito con múltiples brazos y garras. Para ello, se utilizan métodos modernos como el aprendizaje por imitación y los llamados modelos base. Se utilizan instrucciones en lenguaje natural, ejecuciones teleoperadas y procesos demostrados por humanos para transmitir habilidades robóticas de manera eficiente.
El demostrador en el stand de la feria ofrece una visión práctica de aspectos seleccionados de la tecnología y muestra ejemplarmente cómo se pueden transferir ideas centrales de la investigación actual a la aplicación. Además, se ofrece la oportunidad de aprender más sobre los desafíos de los actuales métodos de aprendizaje por imitación y modelos base, así como sobre cómo un enfoque híbrido puede cerrar brechas existentes al combinar habilidades robóticas probadas y parametrizables con métodos basados en el aprendizaje.
Robótica de laboratorio flexible para el manejo y dosificación de líquidos
La escasez de personal calificado también afecta a laboratorios e instituciones médicas. El personal existente pasa gran parte de su tiempo diario en tareas rutinarias monótonas que retrasan actividades de mayor valor agregado. Por lo tanto, las soluciones de automatización son muy demandadas en este entorno. Sin embargo, un sistema 'estándar' suele ser inapropiado, ya que las tareas y los objetos a manejar son diversos.
Por ello, el Fraunhofer IPA está desarrollando un kit de software adaptable para robots de laboratorio que operan de forma autónoma, que permite automatizar eficientemente estas tareas rutinarias. Por ejemplo, se espera que los robots puedan recoger bienes de consumo relevantes para el proceso, dosificar químicas o muestras de manera autónoma, obtener muestras delicadas 'justo a tiempo' de refrigeradores o estanterías de calor, o, en el futuro, llevar a cabo experimentos de manera completamente autónoma. Para ello, el robot debe dominar tareas como localizar y agarrar diversos contenedores, pesar con precisión diferentes líquidos y sólidos, abrir armarios y puertas, y navegar de forma autónoma.
En la Automatica, el Fraunhofer IPA mostrará el estado actual de desarrollo a través de un demostrador que puede dosificar automáticamente líquidos de diferentes viscosidades y dividirlos en recipientes de destino definidos.
Implementar la colaboración humano-robot de manera semi-automatizada
Las soluciones de automatización modernas deben ser lo más flexibles posible debido a los pequeños tamaños de lote. Pero esto también significa que las medidas de seguridad deben ajustarse continuamente. La base para ello son la evaluación de riesgos y la certificación CE, dos procesos que actualmente son muy laboriosos 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 el diseño de seguridad.
El expositor de la feria 'CARA' es una herramienta para la fase de planificación que apoya extensamente en el diseño de seguridad. Ayuda a los profesionales con una simulación en 3D a planificar y llevar a cabo todas las medidas de seguridad necesarias antes de la puesta en marcha de una instalación en seis pasos. CARA tiene en cuenta parámetros como posibles peligros, distancias de seguridad y la posible interacción entre humanos y máquinas. Los peligros de colisión y atrapamiento se identifican automáticamente. A continuación, la herramienta hace sugerencias para medidas de reducción de riesgos.
También en la fase de planificación, los modelos de colisión ayudan, que se determinan en un banco de pruebas automatizado desarrollado por Fraunhofer IPA. Abordan el desafío de que las fuerzas y presiones máximamente permitidas en caso de colisiones pueden limitar las velocidades y los tiempos de ciclo del robot, y así pueden reducir el rendimiento de la instalación. Sin embargo, las fuerzas que ocurren en operación son difíciles de calcular matemáticamente. Una vez creados, los modelos de colisión permiten estimar con precisión el rendimiento ya en la fase de planificación. CARA puede recurrir a estos modelos.
Programación intuitiva de robots mediante una nueva interfaz de usuario
Aún así, la programación de robots a menudo es un cuello de botella cuando se trata de una configuración o reconversión eficiente de una aplicación. Cómo se puede reducir el conocimiento especializado necesario para esto y cómo los robots pueden ser programados de manera eficiente en tiempo incluso con una alta variedad, se muestra en una nueva interfaz de operación utilizando un ejemplo de una aplicación de desmontaje simulada en el stand. La interfaz de operación permite combinar habilidades individuales, es decir, capacidades del robot, en una tarea completa.
Para esto se utilizan bloques de habilidades del software 'pitasc' de Fraunhofer IPA, que pueden ser ensamblados y combinados de manera específica para la aplicación sin conocimientos de programación.
Automatización en un entorno de alta pureza: 2ndSCIN y Tested Device
2ndSCIN es un recubrimiento protector patentado que hace que los robots y otros componentes de automatización móviles estén listos para la producción ultralimpia. La cubierta está hecha de un textil permeable, móvil y multicapa, que imita el funcionamiento de la piel humana. La capa textil está equipada con sensores que miden continuamente parámetros como la concentración de partículas, contaminación química, presión o humedad.
Los algoritmos basados en IA analizan estos datos de los sensores y permiten, por ejemplo, un mantenimiento predictivo. Dependiendo de la aplicación, pueden superponerse dos o más capas de textil, que son separadas por espaciadores.
En los espacios intermedios, por ejemplo, se puede succionar o desviar aire. De esta manera, se pueden eliminar partículas que provienen del entorno o del componente de automatización. La introducción de gases especiales en los espacios intermedios del sistema permite, por ejemplo, su esterilización. La cubierta se puede cambiar en aproximadamente una hora y puede ser reutilizada después de una descontaminación. '2ndSCIN es extremadamente variable en su construcción, por lo que podemos implementar necesidades individuales. De esta manera, abordamos muchos requisitos para cubiertas protectoras adecuadas para la pureza para componentes de sala limpia que los productos anteriores no cumplen', explica Udo Gommel, director de la división de producción crítica a la contaminación en Fraunhofer IPA. Él y su equipo presentan 2ndSCIN en la Automatica.
Desde hace muchos años, Fraunhofer IPA también ofrece procedimientos para emisión de partículas, desgasificación, ESD y otros requisitos. Para los productos examinados, se otorga la marca de prueba Tested Device, sobre la cual los visitantes de la feria también pueden informarse en el stand. Las empresas reciben con el informe de prueba específico del producto y del cliente una confirmación de la pureza y adecuación para salas limpias de sus instalaciones, dispositivos o materiales consumibles. Las investigaciones incluyen los entornos de producción: salas limpias atmosféricas, salas limpias secas y condiciones de vacío.
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