Blog de robótica e inteligencia artificial

12/05/2012

Hoverbike: cómo funciona

Ya tiene algunos meses, pero no me deja de sorprender el invento que traigo hoy: el Hoverbike. Un vídeo vale más que un millón de palabras, así que ahí va:




Como se puede ver, recuerda a los inventos del Retorno del Jedi, y lo más parecido a la realidad es a una especie de moto voladora. El responsable de la idea se llama Chris Malloy.


Se trata de un proyecto que ya había echado a andar en 2008. Mejor dicho, a volar, ya que en diciembre de este año se anunció el primer vuelo de este ingenio. Sin embargo, la idea surge en los 60, momento en el cual el proyecto fue rechazado por problemas de estabilidad. Su inspiración fue el helicóptero Boeing CH-47 Chinook. En el artículo del blog voy a intentar explicar cómo funciona y cómo se controla esta tecnología:

Concretamente, una de las cosas más importantes para Aerofex, la empresa californiana responsable, es que su maniobrabilidad se lleva a cabo con las rodillas. Lo cual ayuda a equilibrar el aparato de una manera muy natural para el ser humano, gracias a lo cual han solucionado gran parte del problema de estabilidad previamente citado (fuente).

Para elevarse, lo hace de una manera muy similar a la de un helicóptero: emplea dos rotores de aspas desarrollados por BMW que son capaces de proporcionar una fuerza de elevación de 295kg, alimentados por un motor de 1.170cc, 109cv, un depósito de 30 litros y un motor de dos pistones y cuatro tiempos, parecido al de la siguiente imagen

Teóricamente es capaz de elevarse 3.000m y lograr una velocidad de 255 km/h. (fuente). Sin embargo, se han hecho pruebas sólo hasta 5m y 50km/h (fuente)

Para su control, básicamente lo que ha hecho Aerofex ha sido incorporar un sistema de dos barras a la altura de las rodillas. Es decir, no hace falta complejo software de vuelo ni electrónica según ellos, aunque está por ver. Parece que las barras capturan los movimientos de las rodillas y la traducen en los tres tipos de giro en el espacio (yaw, pitch, roll), y ellos se encargan de manipular los elementos aerodinámicos encargados del control de la nave. Este mecanismo de hecho es la joya de la corona del invento, ya que la información sobre ella está en este paper, así que voy a tirar de imaginación para explicar cómo podría ser. En palabras del creador It essentially captures the translations between the two (bars) in three axis (pitch, roll and yaw), and activates the aerodynamic controls required to counter the movement -- which lines the vehicle back up with the pilot.

Por otro lado, en la página de preguntas frecuentes, sobre el modo de controlar el Hoverbike dice esto (en una mala traducción):

- Para elevar el hover, se necesita aumentar la potencia como si fuera una moto, es decir, con el manillar derecho.
- Para volar hacia adelante, hacen falta una combinación de un incremento de la potencia y un desvío del aire respecto a la parte frontal. Eso se consigue con el manillar izquierdo.
- Para girar a izquierda y derecha, lo único que hay que hacer is empujar las barras del manillar hacia el lado que se desea girar (como una bicicleta, pero con el añadido de que tiene un grado de libertad de profundidad, de manera que el mando pueda salir y entrar un poco).

Todo esto no sirve de nada sin los giróscopos, y esa es la clave del control de este aparato. El paper seguramente establecerá los outputs y configuración de los giróscopos del Hoverbike. Todo aparato móvil que no sea estable en un determinado medio, como motos, helicópteros o aviones, tienen giróscopos. Los coches no, ya que sobre 4 ruedas ya es estable en todo momento. Sin ánimo de entrar en desarrollos matemáticos de esta gran e importante parte de la cinemática, os dejo un vídeo realizado por astronautas que demuestra cómo el giróscopo hace más estable el movimiento de un objeto (se explica aquí):



El Hoverbike tendrá un sistema más avanzado que el momento giroscópico que permite a las motos de competición inclinarse sin perder el equilibrio, y os recomiendo ver el enlace explicativo.

La esencia de este invento no es ser comercializado a corto plazo, o al menos así lo anuncian los inventores. Pero la aplicación más directa y por la que se ha mostrado más interés es la de transporte autónomo de militares, o incluso acceso a zonas de difícil acceso por carretera convencional. No os extrañe que el ejército estadounidense ya está al loro de Hoverbike, y más después de que ya han hecho descenso de tropas en un helicóptero no tripulado.

Y si queréis comprobar lo que son capaces de hacer los giroscopios, no os perdáis esta entrada sobre trenes con una única fila de ruedas.


Podéis seguir la actualidad de esta aventura en su blog y página web.
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12/01/2012

Héroes de la Ingeniería

Las universidades de ingeniería referentes en el mundo son básicamente dos: Stanford y el MIT. Es de estas instituciones de donde están saliendo algunos de los avances más importantes de tecnología en los últimos años; una estancia en esa universidad es uno de los sueños de cualquier investigador tecnológico; se caracterizan por la combinación y éxito entre universidad y empresa, y otras muchas razones.

La Universidad de Stanford desde hace poco tiempo homenajea a algunos de los más grandes ingenieros de la época actual y que han pasado por sus aulas. Han sido referentes por haber elevado el valor añadido o nivel empresarial de ciertas organizaciones, por no entenderse el mundo sin sus aportaciones, o por sus correspondientes hallazgos. En el post de hoy me quiero hacer eco de este evento, denominado épicamente Engineering Heroes, y citaros los héroes que más me han llamado la atención que hay hasta el momento y una breve reseña de cada uno.




David Packard (1912-1996) y William Hewlett (1913-2001)
El primero se cruzó con un profesor de Stanford que supo orientar y alimentar su talento (Dean Fred Terman), el cual le animó a David a hacer la carrera de telecomunicaciones, ya que el chaval era un gran apasionado de la radio ciudadana. Posteriormente, alumno y prfesor se volvieron a encontrar, y esta vez junto a un tal William Hewlett, les animó a fundar una empresa electrónica. El nombre, Hewlett-Packard, fue decidido por el azar del lanzamiento de una moneda al aire. Comenzaron en Palo Alto en 1939 con cerca de 10.000$ de los de hoy. Su primer gran producto un oscilador de sonido, que gracias a Disney, fue un éxito de ventas.

Hoy, David Packard es uno de los mayores ejemplos de emprendizaje en la universidad de Stanford.

Por su parte, William Hewlett tenía una gran pasión por la física y montar y desmontar aparatos; fue el arquitecto y encargado financiero, tecnológico y administrativo de HP. Su estilo, fue conocido como The HP Way. Hoy es reconocido como un gran experto en electrónica y experto en el mundo de los negocios tecnológicos.



Vint Cerf (1943-actualidad)
Es considerado uno de los padres de Internet. Estudió la carrera de matemáticas y realizó una tesis que le llevó a desarrollar el software que unió en una red a los ordenadores de la agencia militar DARPA. Era muy reconocido entre otros profesores de Stanford, como Don Knuth. Atraído por esta admiración, Vint Cerf se vinculó a la universidad entre 1972 y 1976, y junto a sus estudiantes y Robert Kahn crearon el protocolo TCP. Uno de los pilares básicos de Internet y base para todo el intercambio de tráfico en la Red. En 1976 volvió a DARPA. De 2000 a 2007 se encargó del protocolo IPV6, del cual se habló largo y tendido a lo largo de 2011. Ostenta el curioso y enigmático título de Chief Internet Evangelist en Google desde 2005.


Charles Litton (1904-1972)
Estudio un grado de Mecanizado en San Francisco, y posteriormente la carrera ingeniería industrial en Stanford. Gracias a su habilidad con los materiales, su manipulación e interés en la radio, le llevaron a diseñar tubos de vacío. De hecho, consiguió 65 patentes en este diseño. Producían para aplicaciones de radar, magnetrones, y otros elementos electromagnéticos, los cuales se usaron mucho durante la segunda Guerra Mundial.

Más adelante, creo Tex Thornton, el cual es un gran conglomerado dedicado a Defensa. A Litton se le reconoce como uno de los primeros ingenieros emprendedores y fundadores del famosísimo Sillicon Valley.


Craig Barrett (1939-actualidad)
Este hombre el es CEO, ya retirado, del gigante de semiconductores INTEL. Se unió a la compañía en 1974, donde en 1998 fue nombrado ya CEO. Es autor del libro de referencia Principles of Engineering Materials. Hoy está dedicado en cuerpo y alma a mejorar la educación y a promover la tecnología como motor de cambio social y creador de riqueza económica.


Andreas Bechtolsheim (1955-actualidad)
Pasó por Stanford para realizar sus estudios en Informática e Ingeniería Eléctrica. Posteriormente, Andreas construyó la estación de trabajo SUN, y como se pueden ir imaginando los lectores, fue el cofundador y jefe de arquitectura y sistemas de Sun Microsystems.  También ha estado involucrado en otras de telecomunicaciones, y es muy reconocida su gran visión a futuro de las tecnologías. Fue uno de los primeros inversores en Google, VMware, Brocade... es un gran emprendedor embarcado en multitud de iniciativas.



George Dantzig (1914-2005)
Fue un gran matemático, y es conocido como el padre de la programación lineal y el algoritmo Simplex, famosísimo e imprescindible en la investigación operativa. Su trabajo coincidió con la época en la que la industria se cruzaba con la evolución de la tecnología informática, y gracias a sus trabajos logró que innumerables empresas optimizaran sus procesos. Muchísimos sectores, desde refinerías de petróleo hasta navegación aérea, han sido transformados por su influencia. De hecho, la revista Computing in Science and Engineering nombró al simplex como uno de los 10 algoritmos más influyentes del siglo XX.


Theodore Maiman (1927-2007)
En Stanford realizó los estudios de Ingeniería Eléctrica y su tesis fue en Física. Este hombre tiene la patente americana 3.353.115 en la que se recoge el primer láser que funcionaba correctamente. Para ello empleó un rubí sintético, y lo puso en funcionamiento en 1960. Hoy no concebiríamos la vida igual sin el láser. El diseño era tan simple y costó tan poco (50.000$ incluído el sueldo de Maiman) que ha sido una de las revoluciones tecnológicas más baratas de todos los tiempos.


Bradford Parkinson (1935-actualidad)
Sin él, no tendríamos el sistema GPS, hacia el cual lideró siendo coronel de la Fuerza Aérea Estadounidense.  También desarrolló distintos sistemas de navegación Aérea, como el Wide Area Augmentation System (WAAS). Recientemente ha liderado a la NASA y Stanford a probar la Teoría de la Relatividad General de Einstein con una precisión hasta ahora no lograda.

Parkinson es autor del libro de texto más vendido: Global Positioning System: theory and applications.


Stephen Tymoshenko (1878-1972)
Con el trabajo de este autor me he cruzado esta misma semana. Es reconocido como el padre de la mecánica aplicada en USA. De hecho, su influencia es tan grande que su época más activa es conocida como La Era Tymoshenko, y la ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) ha creado una medalla con su nombre. Tiene 13 famosos libros de texto, y uno de los más famosos es Strength of Materials, que traducido sería algo así como Esfuerzos en los Materiales.


ACTUALIZACIÓN
Después de publicar el post aparecieron los nombres de 2012 de los Engineering Heroes.
Martin Hellman, inventor de la criptografía de clave pública. O John McCarty, fallecido en 2011, que acuñó el término inteligencia artificial y desarrolló el lenguaje LISP. John Blume fue el padre de la ingeniería de terremotos. O James Clark que desarrolló un gran trabajo en gráficos por ordenador.
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11/21/2012

Post participativo: ¿cuál es la carta ganadora?

A ver qué tal se os da este simple reto. Tenemos 4 objetos rodantes de igual masa, sometidos a la misma fuerza (la de la gravedad). ¿Qué es lo que puede hacer que adquieran velocidades de descenso distintos? Está totalmente relacionado con las llantas de los automóviles.










ACTUALIZACIÓN

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11/17/2012

Jeibros portada de Microsiervos

Pues nunca pensé que llegaría cuando comencé el blog y mi andadura twittera, pero el pasado domingo uno de los vídeos que sugerí a @wicho acabó de portada de Microsiervos. Éste es el enlace que lo testifica.

Concretamente, se trata de una orquesta hecha con impresoras un poco antiguas y que conforma un spot del fabricante Brother. Sin más dilación, gracias a Microsiervos, Wicho, y os dejo con el vídeo. Lo visual empieza sobre todo a partir del minuto 3.




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11/01/2012

Post participativo: WTF con el helicóptero?

Esta entrada viene a cuento de los famosos retos que plantea @daniepap en su blog especializado en Química (muy recomendable de visitar por cierto).

Yo en su momento ya publiqué un post similar, y ahora os planteo otro. Ved el siguiente vídeo y os animo a intentar responder qué es lo que ocurre:



¿se rompe queriendo, es un fallo de algo, mala fabricación, o es simplemente un vídeo fake? En el caso de que la causa sea técnica, también se pide el razonamiento del fenómeno para dar el reto por completo. No liberaré los comentarios inmediatamente. Éste es muy fácil.




¡Ánimo!


Actualización
Se han publicado los comentarios que acertaron con la razón: ground resonance, cuya explicación técnica está aquí. Y ésta es la noticia que recogió el suceso, entre otros medios. Microsiervos ha publicado otro genial vídeo con el mismo fenómeno.
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10/31/2012

En Naukas: La Formula1, en una fórmula

A continuación os dejo mi última colaboración en Naukas, ésta también sobre F1. Muchas gracias a los que comentaron.



Los grandes aficionados a la Formula1 y sobre todo Alonsistas no olvidarán cómo perdió el asturiano el campeonato del Mundo de 2010 en Abu Dhabi, la última carrera del mundial. Básicamente competían entre Vettel, Webber (ambos de Red Bull) y Fernando Alonso. Webber tuvo que entrar a boxes (1.20 del vídeo), el de Ferrari le copió la estrategia y dejó a Vettel sin cubrir, quien finalmente ganó el mundial. Hay quien dice que esto fue trampa con todas las de la ley del equipo de la bebida energética. El caso es que al día siguiente no había quién clamaba “¡es que los de Ferrari son unos inútiles!” “¡No tienen ni puñetera idea!” “¡Llego a estar yo en el sitio de Domenicalli, y ya han ganado el mundial hasta con Massa!” En fin… ¡ánimo, valientes!



Quien quiera practicar y quedar muy bien o muy mal delante de la gente, puede hacerlo gracias a esta calculadora de estrategias.

Esta tarea de las carreras es una de las más complejas, y que requieren de profesionales con una gran experiencia y capacidad de toma rápida de decisiones. Se tienen en cuenta multitud de datos, algunos de los cuales son:

-          Estado de los propios neumáticos

-          Situación de carrera y gaps entre rivales

-          Previsión de estrategia de los rivales

-          Previsiones meteorológicas

-          Estrategia a 1, 2 ó 3 paradas

-          Predicción de en qué punto del tráfico se reincorporaría

-          Rendimiento del  vehículo

-          …




Afortunadamente, un ingeniero de McLaren vino a ayudar en todo esto e intentó postular la creación de fórmulas matemáticas para la estrategia de carrera. Este artículo fue publicado en la prestigiosa The Royal Academy of Engineering británica.

La fuente original de este proyecto viene con unas cifras concretas para las fórmulas que se van a postular, así que en este artículo usaré los mismos. Para empezar, vamos a imaginar que la carrera es a 50 vueltas, y la parada se va a hacer tras el giro número 20. Por otro lado, el tiempo mínimo de vuelta conseguido ha sido de 100,045 segundos. Además, el tiempo para cargar el coche de combustible para una vuelta es de 0,5 segundos.

Para empezar, la estrategia viene marcada por una serie de factores inherentes a cada pista y coche:

-          Consumo de gasolina    C = 3kg/vuelta

-          Cuánto tiempo se pierde por vuelta por cada kg de combustible    E = 0,03 s /kg

-          Tiempo de vuelta con gasolina para una vuelta  (t1 = 100,045 s)

Se puede calcular cómo de lento va el coche por vuelta y kg de combustible (a lo que llamaremos W):




Gracias a este dato, estamos en disposición de calcular cuánto tiempo más lento iremos en cada vuelta concreta por efecto del combustible:

Tiempo extra = Media de (cantidad de vueltas que te quedan de gasolina al principio y al final de la vuelta) · W

Imaginemos que estamos calculando en la vuelta 1:


A este factor, el artículo lo denomina Fuel Load Effect, tal y como se verá en un rato en las tablas. A continuación, hemos de calcular el tiempo de vuelta perfecto, el cual es un valor imaginario ya que es el que conseguiríamos si el coche no tuviera combustible.



= 100,045 – (0,5 · 0,09) = 100 segundos

 Y así podríamos completar los tiempos de las 20 primeras vueltas, es decir, el primer stint de carrera.




Si sumamos estos tiempos de vuelta, el resultado es de 2018 segundos, aproximadamente unos 33,6 minutos.

Restan 50 vueltas, y vamos a entrar en boxes en la vuelta 20. Es decir, necesitamos añadir combustible para 30 vueltas más que en el primer stint. Me voy a saltar el cálculo del tiempo invertido en boxes, ya que normalmente es un dato de los equipos, y así estamos acostumbrados a que nos lo den en las retransmisiones de TV (25 segundos en el pitlane + parada, por ejemplo). El caso es que al salir de esta maniobra, tendremos una nueva situación de carrera, que se calcula de manera análoga a la tabla anterior:



Tenemos ya un modelo matemático muy simple de la carrera. ¿En qué se basa? En tener un cálculo de tiempo por vuelta para cada uno de los giros de la carrera, de manera que lo que tenemos es esencialmente un gráfico como el que sigue a continuación:



De esta manera, el tiempo para una vuelta concreta se calcula de la siguiente manera:

Donde l es el número de vueltas completadas, y L2 es 20 en este caso.

¿Y cómo calculamos el tiempo completo de cada stint? Pues la Formula1 se convierte en una simple fórmula:


Donde L2 = 20, L1 = 0, t0 = 100 segundos y W = 0,09. Si lo calculáis, comprobaréis que da 2018 segundos.



Comentarios:

Esta fórmula está muy idealizada, ya que está concebida sin intervención de factores externos, ni rivales, ni desgaste mal calculado de los neumáticos, o ni siquiera fallos humanos en el pitlane. La situación real más cercana a la que se puede aplicar este modelo matemático es a un piloto que salga primero de la parrilla, y se mantenga líder toda la carrera, incluso después de salir de los boxes. Algo así a lo que hacía Vettel el pasado año.

Los equipos sí que tienen en cuenta todos estos datos y crean normalmente software propio en el que se tienen en cuenta todas estas variables. Estas variables normalmente se alimentan mediante la telemetría en cada momento de la carrera.

El artículo tiene un fin divulgativo en el que su fin era transmitir al público general una manera muy simplificada de determinar la evolución de una carrera.

Para quien quiera más información, en esta página puede ver las distintas estrategias y gráficos a lo largo de la temporada 2012.



Artículo original: Formula One Race Strategy
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10/16/2012

El Toyota que sustituyó a Volkswagen

Seguro que muchos de los lectores reconocen este anuncio, emitido en TV durante 2007:



En este vídeo se ve cómo un VW Touareg remolca un avión Boeing 747. Es una prueba real, no hay videoshop ni nada. Lógicamente, la nave va sin pasaje, y se realizaron una serie de modificaciones en el coche:

"En principio, el peso del vehículo tuvo que ser aumentado; esta modificación era necesaria para convertir el poder del motor en fuerza de propulsión. Para lograr este cambio, se distribuyeron bolas y placas de acero en todo el SUV, logrando añadir 4.345 kilos más al peso normal de la Touareg. Tras los cambios, la Touareg V10 TDI tuvo un peso total de 7.030 kilos, con una distribución de peso de 2.755 kilos al frente y 4.275 kilos atrás.", según rezaba la nota de prensa que publicó VW. Esto tiene como única finalidad que las ruedas no patinen al intentar traccionar. Además, se aumentó la presión de los neumáticos del coche al doble (fuente). El peso del avión era de 155 Tn. El coche se vendió muy bien.

El caso es que este anuncio parcialmente se ha hecho realidad, tal y como hemos podido ver estos días en las calles de Los Ángeles, donde un coche ha sido el encargado de remolcar el transbordador Endeavour. Pero no ha sido honor de VW, sino de Toyota. Concretamente, una pick-up Toyota Tundra.



Para la ocasión, la marca japonesa preparó unos vídeos promocionales en los que hablaba de la dificultad y retos del proyecto, y afirma que el modelo que se usó no tiene ninguna clase de modificación. Concretamente, este es el vídeo del momento en el que el Toyota entra en acción y que estoy convencido que los directivos de la compañía mimaron al detalle, al tener todos los ojos del mundo puestos en este traslado.



Y estos son los vídeos de promoción que realizó el fabricante. Personalmente me han encantado, ya que no sólo aparecen imágenes del coche, sino que también imágenes del cohete y una especie de explicación del proyecto.





En este último vídeo es donde mejor se explica el transporte. En total, en los ensayos se cargó 307.000 libras (139.000 kg). El peso total del transbordador es de 172.000 libras (78 Tn aprox). Además, tiene una envergadura de 23 m y una altura media de 17m. La mayor parte del viaje se hará con unos robots autónomos, como los que se ven en el vídeo de La misión. (fuente)

El trayecto tiene 12 millas (en el que abarcaba la autopista 405 y Manchester Boulevard, entre otras calles) y estaba planeado para dos días, a pesar de que finalmente ha habido problemas. En este artículo de @fogonazos tenéis un time lapse del viaje del Endeavour.


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