Sistemas Ciberfísicos: Pilares de la Cuarta Revolución Industrial

Relación con la Evolución Industrial

La cuarta revolución industrial, iniciada en 2011, se caracteriza por la producción automatizada e interconectada basada en sistemas ciberfísicos. En el área de la digitalización, es fundamental entender los dos mundos: el digital y el virtual. Las empresas, al igual que el ser humano, se benefician de esta nueva revolución industrial.

Los principales aspectos de la cuarta revolución industrial están marcados por las avanzadas técnicas aplicadas a los sistemas ciberfísicos presentes en los dominios de la automatización, la computación y la digitalización.

Definición y Componentes de los Sistemas Ciberfísicos

Los sistemas ciberfísicos (CPS) son sistemas que combinan hardware, software y redes para interactuar y controlar el mundo físico mediante la recogida de datos. Para ello, los dispositivos emplean sensores y actuadores inteligentes que permiten automatizar y tomar decisiones en tiempo real.

Estos sensores disponen de conectividad, enviando y recibiendo enormes cantidades de datos. La conectividad suele darse de manera inalámbrica mediante estos protocolos:

• Bluetooth: Utiliza ondas de radio de la frecuencia ISM de 2,4 GHz. Además, emplea redes WPAN (estándar de comunicación para equipos próximos al punto de acceso). Por lo tanto, los dispositivos estarán de 1 a 15 m.
• WiFi: Utiliza ondas de radio de la frecuencia de 2,4 GHz hasta la llegada del 5G. Emplea redes WLAN (estándar de comunicación para equipos conectados en una red privada). Así, el alcance será medio.
• NFC: Near Field Communication es una tecnología de comunicación inalámbrica que funciona en un radio de unos 15 cm. Es de corto alcance y alta frecuencia. Dicha tecnología se encuentra en tarjetas de crédito, smartphones, smartwatches, cajeros y dispositivos de entrada y salida como barreras de paso. Es utilizado para pagar, acceder a recintos, sacar dinero o identificarse en una institución. Opera en la frecuencia de 13,56 MHz y no requiere licencia para su uso.
• RFID: Esta tecnología es un identificador de radiofrecuencia que permite reconocer los objetos de manera única. Se emplea en el mundo de la moda y la industria para que la factoría obtenga un mayor control de stock. La componen: una antena RFID, un lector RFID y una etiqueta RFID.

Aplicaciones de los Sistemas Ciberfísicos

Algunos usos de los sistemas ciberfísicos:

• Robots industriales colaborativos: Interactúan con su entorno y realizan tareas en las líneas de producción.
• Sistemas de control de edificios inteligentes: Controlan variables como la temperatura, la iluminación y la saturación del medio.
• Vehículos autónomos: Emplean sistemas de navegación para interactuar con el entorno y tomar decisiones en tiempo real.

Los Sistemas Ciberfísicos y la Nube

Los sistemas ciberfísicos (CPS) son el principal recurso que utiliza la industria 4.0 para la fabricación inteligente. Todo el proceso es posible por el Internet de las Cosas (IoT), la Inteligencia Artificial (IA), la robotización y el análisis de datos que se intercambian continuamente.

La Nube

Se utiliza para que cada sistema trabaje de manera independiente. Es una red mundial de servidores donde el usuario almacena contenido para consultar y usar en el momento que prefiera, y puede compartirlo.

La Nube Industrial

Mantiene conectado al personal trabajador, maquinaria o sensores de toda la cadena productiva.

Robótica en la Nube

Es la rama de la robótica que se basa en la computación en la nube, el almacenamiento y otras tecnologías de Internet. Permite a los robots aprovechar los recursos informáticos, de almacenamiento y de red de los centros de datos modernos. La robótica en la nube posibilita a los robots descargar trabajo sin tener que cumplir plazos estrictos en tiempo real. Ejemplo: Los vehículos sin conductor de Tesla utilizan la nube para almacenar datos que les permiten maniobrar de forma segura y correcta alrededor de otros vehículos y objetos.

• Privacidad y seguridad en los sistemas robóticos en la nube: Para luchar contra los piratas informáticos, los investigadores acuñaron el término criptorrobótica, que combina seguridad digital y robótica.
• Nubes de sensores (WSN): Las WSN (Wireless Sensor Networks), representan una tecnología integrada en una amplia variedad de aplicaciones industriales, entre las que se incluyen la asistencia sanitaria, la monitorización medioambiental, automatización industrial, etc.