El horizonte del control y la robótica. Interfaz cerebro-computador.

TECNOLOGÍA 4º Secundaria Proyecto: Innovación en el aula

Control y Robótica

ANEXOS

ÍNDICE ANEXO II.................................................................................................... 3 ANEXO III................................................................................................... 5 ANEXO V.................................................................................................... 9 ANEXO V Solución....................................................................................11 ANEXO VI y Solución...............................................................................13 ANEXO VII................................................................................................15 ANEXO VIII...............................................................................................17 ANEXO XI..................................................................................................21 ANEXO X...................................................................................................23 ANEXO XI..................................................................................................25 ANEXO XII................................................................................................27 ANEXO XII. Solución................................................................................29 ANEXO XIV...............................................................................................31 ANEXO XV................................................................................................37 ANEXO XV. Solución................................................................................39 ANEXO XVI...............................................................................................41 ANEXO XVII..............................................................................................43 ANEXO XIX...............................................................................................45 ANEXO XX................................................................................................53 ANEXO XX. Solución................................................................................55 ANEXO XXI...............................................................................................57 ANEXO XXII..............................................................................................59 ANEXO XXIII............................................................................................61 ANEXO XXIV............................................................................................65 ANEXO XXV.............................................................................................67 ANEXO XXV. Solución.............................................................................69 ANEXO XXVI............................................................................................71 ANEXO XXVII...........................................................................................73 ANEXO XXIIX...........................................................................................75

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ANEXO XXIX.................................................................................77 ANEXO XXX..................................................................................79 ANEXO XXXI.................................................................................83 ANEXO XXXII................................................................................85 ANEXO XXXIII..............................................................................86 ANEXO XXXIV..............................................................................89 ANEXO XXXV...............................................................................91

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Anexo II Evaluación de los conceptos previos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. ¿Qué es un dispositivo mecánico? (1 punto) 2. ¿Qué significa que un dispositivo es capaz de resistir esfuerzos? (1,5 puntos) 3. ¿Cómo transmite información el ordenador a un dispositivo? (1 punto)

4. ¿Qué es un dispositivo de control? (1,5 puntos)

5. ¿Qué es un simulador informático? (1 punto)

6. ¿Qué es una tarjeta controladora para usarla en un montaje? (1 punto)

7. Define robot. ¿Para qué sirve? (1 punto)

8. ¿Qué es un mecanismo de transmisión y transformación del movimiento? (1 punto) 9. ¿Qué es un sistema automático? (1 punto)

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Anexo III - Control y Robótica 1. INTRODUCCIÓN

Según la Real Academia Española (RAE) [1] un robot es una máquina o ingenio electrónico programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas. La robótica [2] es la técnica que aplica la informática al diseño y empleo de aparatos que, en sustitución de personas, realizan operaciones o trabajos, por lo general en instalaciones industriales.

Los robots se han desarrollado y fabricado a lo largo de la historia para realizar acciones que un humano puede realizar, pero de forma más rápida, eficiente y 24 horas al día. La historia de la robótica siempre ha estado unida al deseo de crear seres semejantes al humano y que hagan cosas que nos simplifiquen la vida. En 1921 el escritor checo Karel Capek utilizó el término “Robot” en su obra “Rossum’s Universal Robots”, a partir de la palabra checa Robbota, que significa servidumbre. El término robótica es acuñado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia que estudia los robots.

Hoy por hoy han sufrido muchas mejoras, se han implementado nuevas funcionalidades en su programación y en los elementos que lo componen. Para que el autómata realice adecuadamente el trabajo dentro del entorno en el que se le instala, se acoplan una serie de dispositivos llamados sensores, que indican la posición del mismo o de los objetos a manipular, e informan sobre parámetros exteriores tales como humedad o temperatura.

La información recibida de estos sensores se traduce en impulsos eléctricos que el procesador del robot es capaz de interpretar gracias a su programación, y que generará un determinado comportamiento, como parar, trasladarse o seguir trabajando.

Imagen: Robot educativo LEGO Mindstorms. [3] [1] Definición de Robot. Obtenido de RAE: http://lema.rae.es/drae/?val=robot [2] Robótica. Obtenido de RAE: http://lema.rae.es/drae/?val=robotica [3] Robot educativo LEGO Mindstorms. Obtenido de LEGO: http://mindstorms.lego.com/en-us/

Innovación en el aula

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Anexo IV - Control y Robótica 1. SISTEMAS DE CONTROL

Un sistema de control es un conjunto de elementos que, interconectados, permiten automatizar una máquina o un proceso.

En general, todos los sistemas automáticos tienen una estructura similar, y están compuestos por: •

• •

Los sensores son elementos que captan información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas: temperatura, humedad del ambiente, velocidad, presión, intensidad de la luz, etcétera.

Un sistema controlador que, en función de la información proporcionada por el sensor, activa o no el actuador.

Un elemento actuador encargado de llevar a cabo la acción para la que se ha diseñado el sistema automático. Suelen ser motores, lámparas, cilindros o válvulas neumáticas, etc., los que desempeñan esta función.

SISTEMA DE CALEFACCIÓN DE UNA VIVIENDA

El sistema de calefacción de una vivienda puede representarse mediante el siguiente diagrama de bloques:

El funcionamiento de este sistema consta de un termostato (sensor) que mide la temperatura de la habitación (entrada de información). Esta información es analizada y procesada por el circuito electrónico (controlador), que es el encargado de activar o no el radiador en función de si la temperatura está por debajo o por encima de la deseada respectivamente. Como es lógico el radiador (actuador) es el elemento que lleva acabo la acción de subir o no la temperatura de la habitación.

Los términos de entrada y salida, en este caso, se refieren a: • •

Entrada (E) es la información que recibe el sistema: en nuestro ejemplo, la temperatura de la habitación.

Salida (S) es la respuesta del sistema a esa información: el encendido o apagado del radiador.

Innovación en el aula

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Sistemas de control [1]

Anexo IV - Control y Robótica

2. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL -SISTEMAS EN LAZO ABIERTO:

Son aquellos en los que la salida no tiene influencia sobre la señal de entrada.

En el siguiente ejemplo se observa lo que ocurre con este sistema de riego automático que ha sido programado para regar por las tardes. La planta se riega esté seca o húmeda.

Este tipo de sistema, que se activa sin tener en cuenta el estado de la salida, recibe el nombre de sistema de control en lazo abierto.

-SISTEMAS EN LAZO CERRADO:

Son aquellos en los que la salida influye sobre la señal de entrada.

Para mejorar el diseño anterior en el que la planta se regaba estando húmeda o no, se diseña un nuevo sistema cuyo funcionamiento depende de la salida en cada momento, es decir, un sistema que esté continuamente midiendo el grado de humedad de la planta Innovación en el aula

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Wequest: Sistemas automáticos de control [2]

Anexo IV - Control y Robótica y ponga en marcha el riego sólo cuando sea necesario. En esta ocasión, se dice que existe una realimentación de la salida a la entrada.

Ampliación: -SISTEMAS DISCRETOS:

Los sistemas discretos son aquellos que incluyen un módulo digital en el bucle de control para realizar un procesamiento de señal, llevándolo a cabo cada cierto tiempo.

Hoy en día se utilizan sistemas digitales para el control, siendo el ordenador el más utilizado, por su facilidad de programación y versatilidad. El ordenador obtiene los datos de los sensores y activa los actuadores en intervalos de tiempo lo más cortos posibles, del orden de milisegundos. Generalmente el control en los robots corresponde a sistemas discretos en lazo cerrado, realizado por un ordenador.

[1] Sistemas de control. Obtenido de Educarex en: http://contenidos.educarex.es/med/2005/15/control/pagina2.htm [2] Webquest. Sistemas automáticos de control: https://sites.google.com/site/controlyroboticabloque1/ [3] Sistemas automáticos de control. Obtenido de Ricardo Prieto: http://ricardoprieto.es/mediapool/61/615322/data/ITII_FILES/SISTEMAS_AUTOMATICOS_DE_CONTROL_1_.pdf

Innovación en el aula

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Sistemas automáticos de control [3]

Anexo V Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. Define sistema de control. (1 punto) 2. ¿Qué estructura tiene un sistema de control? (1,5 puntos) 3. Explica el funcionamiento de un sistema de calefacción automático de una vivienda. Puedes proponer la estructura automática que quieras. (2 puntos)

4. Describe los términos entrada y salida en un sistema automático. (1,5 puntos)

5. ¿Qué es un sistema en lazo abierto? (1 punto)

6. ¿Qué es un sistema en lazo cerrado? (1 punto)

7. Define realimentación. ¿Para qué sirve? (1 punto)

8. ¿Qué es un sistema discreto? (1 punto)

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Anexo V - Solución Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. Define sistema de control. (1 punto) Un sistema de control es un conjunto de elementos que, interconectados, permiten automatizar una máquina o un proceso.

2. ¿Qué estructura tiene un sistema de control? (1,5 puntos) • Los sensores son elementos que captan información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas: temperatura, humedad del ambiente, velocidad, presión, intensidad de la luz, etcétera.

• Un sistema controlador que, en función de la información proporcionada por el sensor, activa o no el actuador.

• Un elemento actuador encargado de llevar a cabo la acción para la que se ha diseñado el sistema automático. Suelen ser motores, lámparas, cilindros o válvulas neumáticas, etc., los que desempeñan esta función.

3. Explica el funcionamiento de un sistema de calefacción automático de una vivienda. Puedes proponer la estructura automática que quieras. (2 puntos)

El funcionamiento de este sistema consta de un termostato (sensor) que mide la temperatura de la habitación (entrada de información). Esta información es analizada y procesada por el circuito electrónico (controlador), que es el encargado de activar o no el radiador en función de si la temperatura está por debajo o por encima de la deseada respectivamente. Como es lógico el radiador (actuador) es el elemento que lleva acabo la acción de subir o no la temperatura de la habitación.

4. Describe los términos entrada y salida en un sistema automático. (1,5 puntos) Entrada (E) es la información que recibe el sistema: por ejemplo, la temperatura de la habitación.

Salida (S) es la respuesta del sistema a esa información: el encendido o pagado del radiador.

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Anexo V - Solución

5. ¿Qué es un sistema en lazo abierto? (1 punto) Son aquellos en los que la salida no tiene influencia sobre la señal de entrada.

6. ¿Qué es un sistema en lazo cerrado? (1 punto) Son aquellos en los que la salida influye sobre la señal de entrada.

7. Define realimentación. ¿Para qué sirve? (1 punto) Es un mecanismo de control de los sistemas dinámicos por el cual una cierta proporción de la señal de salida se redirige a la entrada, y así regula su comportamiento.

8. ¿Qué es un sistema discreto? (1 punto) Los sistemas discretos son aquellos que incluyen un módulo digital en el bucle de control para realizar un procesamiento de señal, llevándolo a cabo cada cierto tiempo.

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Anexo VI –Actividad: ¿Sistema en lazo abierto o cerrado?

Completa la siguiente tabla y justifica si funciona en lazo abierto o en lazo cerrado cada uno de los aparatos:

Aparato

Solución

Cámara de fotos: El flash de la cámara se activa cuando no detecta luz suficiente.

Lavadora: Tiene varios programas de lavado, dependiendo del programa escogido.

Semáforo: Se ilumina automáticamente con respecto al tiempo.

Climatizador: Detecta la temperatura del interior y actúa en consecuencia.

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Anexo VI͘ ^ŽůƵĐŝſŶ

Completa la siguiente tabla y justifica si funciona en lazo abierto o en lazo cerrado cada uno de los aparatos:

Aparato

Solución

Lazo cerrado Cámara de fotos: El flash de la cámara se activa cuando no detecta luz suficiente.

Lazo abierto

Lavadora: Tiene varios programas de lavado, dependiendo del programa escogido.

Lazo abierto Semáforo: Se ilumina automáticamente con respecto al tiempo.

Lazo cerrado

Climatizador: Detecta la temperatura del interior y actúa en consecuencia.

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo VII

• •

Actividad de investigación El proyecto Bitbrain technologies obtiene la información de la actividad cerebral del sujeto que está sentado en la silla. ¿Sabes cómo se capta la actividad neuronal? Lee el texto y razona tu respuesta.

OBJETIVO Ampliar conocimientos sobre los sistemas de obtención de información.

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

LA

Lee la información y responde a la pregunta formulada. Puedes ayudarte con los hipervínculos incluidos en las imágenes. [1, 2]

[1] Neurotecnología. Obtenido de Bitbrain technologies. http://my-brainup.es/neurotecnologia [2] Sistemas de control. Universidad de Valladolid: http://www.isa.cie.uva.es/~felipe/docencia/ra12itielec/tema1_trasp.pdf

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Anexo VIII - Control y Robótica 1. SENSORES

Constituyen el sistema de percepción del robot, captando la información del mundo que le rodea para interpretarla.

Se puede definir un sensor como, un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas, que posteriormente serán enviadas a la unidad de control.

Funcionamiento de los sensores [1]

1.1. SENSORES DE TEMPERATURA.

Captan la temperatura del ambiente, de un objeto o de un punto determinado. Los sensores de temperatura están basados en diferentes fenómenos físicos dependientes de la variación de la temperatura, como por ejemplo: la dilatación de los metales, el cambio de la resistencia eléctrica o la emisión de radiación infrarroja.

Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica: Termorresistencias o RTD (detectores de temperatura resistivos). Se basan en la variación de resistencia que experimentan los metales en función de la temperatura.

Termistores. Se basan en la variación de la resistencia de un semiconductor en función de la temperatura. La principal ventaja respecto a las RTD es que responden más rápidamente a los cambios de temperatura.

Pistola infrarroja [2]

Termopares. Formados por dos metales diferentes. En el punto de unión de los mismos se genera un voltaje proporcional a la temperatura que deseamos medir.

Sensores sensibles a la radiación infrarroja.

Particularmente, el sensor infrarrojo es un dispositivo electrónico capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos en su campo de visión.

Termómetro digital de infrarrojos. Miden la temperatura sin que exista contacto directo con el cuerpo.

Interruptor final de carrera [3]

1.2. SENSORES DE POSICIÓN.

Son sensores que permiten conocer la posición de un objeto. Generalmente son utilizados en sistemas automáticos como por ejemplo, en el caso del ascensor (si ya ha llegado o no al piso seleccionado) o en un sistema de alarma (si se abre la puerta o no).

Interruptores mecánicos. Se produce la detección del objeto por contacto de este con el interruptor. Los más usados son los interruptores de final de carrera, que incorporan una lámina sobre la que choca el objeto y que activa el interruptor.

Interruptores de proximidad magnéticos. Están formados por dos láminas metálicas imantadas que modifican su posición cuando aproximamos un imán.

Innovación en el aula

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Interruptor de proximidad magnético [4]

Anexo VIII - Control y RobĂłtica Se utilizan para determinar la posiciĂłn de objetos, por ejemplo en la apertura de puertas y ventanas, orientaciĂłn de robots autĂłnomos, etc.

Sensores de posiciĂłn Ăłpticos. Se basan en la emisiĂłn de un haz de luz, que es interrumpido o reflejado por el objeto a detectar. Se utiliza un diodo LED de radiaciĂłn infrarroja, como emisor del rayo de luz, para evitar interferencia con la luz visible. La intensidad luminosa puede registrarse en el receptor mediante resistencias LDR, fotodiodos o fototransistores. Son muy utilizados y tienen muchas aplicaciones en el ĂĄmbito industrial.

Interruptor final de carrera [5]

1.3. SENSORES BASADOS EN LA VARIACIĂ“N DE FUERZA Y PRESIĂ“N.

Galgas extensiomĂŠtricas Se basan en una fina lĂĄmina metĂĄlica depositada sobre un material flexible. Al deformarse, se produce una variaciĂłn de la resistencia de la misma (debido al cambio de forma y de la presiĂłn) proporcional a la deformaciĂłn producida por el peso del objeto.

Se emplean en bĂĄsculas, para controlar deformaciones (en edificios, puentes, etc), para medir la presiĂłn, torque, carga, etc.

1.4. OTROS SENSORES.

Sensores bioelÊctricos: Las seùales bioelÊctricas tienen su origen en la membrana de la cÊlula, límite entre el medio intra y extracelular. Los sensores bioelÊctricos son sensores que registran la diferencia de potencial que se genera en el potencial transmembrana, ante ciertas condiciones. Entre estos sensores se encuentran los utilizados para medir los potenciales bioelÊctricos generados por la actividad neuronal del cerebro y que suelen ser de unos 150 ¾V. Sensores de sonido: Se trata de un micrófono con el que poder oír los sonidos. Estos sensores tienen dos aplicaciones principales:  Como sonar, para sistemas de medición de distancia.  Captador del sonido ambiente y utilizarlo en algún sentido o propósito.

Sensores de gases o humos: capaces de detectar la presencia de gases.

Sensores tĂĄctiles, piel robĂłtica: Sirven para detectar la forma y el tamaĂąo de los objetos que el robot manipula.

Sensores de velocidad y aceleraciĂłn: Entre estos sensores se encuentran los tacĂłmetros, codificadores Ăłpticos, los convertidores de frecuencia, etc.

Sensores de distancia: Miden distancias dentro de un determinado rango que depende del tipo de tecnologĂ­a que se utiliza en cada caso, asĂ­: -

LĂĄser: generalmente se utiliza para distancias que no superan los dos metros.

InnovaciĂłn en el aula

1

MĂĄs informaciĂłn sobre sensores [6]

Anexo VIII - Control y Robótica -

Ultrasonidos: pueden medir, con bastante precisión, distancias comprendidas entre 15 cm y 2 m.

[1] Sensores robóticos. Obtenido de X-Robotics: http://www.x-robotics.com/ [2] Pistola KT-6530. Obtenido deKieback&Peter: http://www.temperclima.es/detalleNoticia.asp?codigoNoticia=167 [3] Detector de obstáculos. Obtenido de Súper robótica: http://www.superrobotica.com/S320132.htm [4] Sensor de proximidad magnético. Obtenido de Directindustry: http://www.directindustry.es/prod/standex-meder-electronics/sensores-de-proximidad-magneticos-reed-planos23046-880067.html [5] Interruptor final de carrea. Obtenido de Área tecnología: http://www.areatecnologia.com/EJEMPLO%20FINAL%20DE%20CARRERA.htm [6] Sensores. Obtenido de Recursos Tic: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena11/index_4quincena11.htm

Innovación en el aula

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Anexo IX Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. Define sensor. (1 punto) 2. ¿Qué tipo de sensores de temperatura hay? Nombra y define al menos dos. (1,5 punto) 3. ¿Cómo se puede medir la radiación electromagnética infrarroja? (1 punto) 4. Explica el funcionamiento de un interruptor final de carrera. (1 puntos) 5. ¿Qué es una gala extensiométrica?, ¿Dónde se utilizan? (1,5 punto) 6. ¿Para qué sirve un sensor de sonido? (1 punto) 7. Explica el funcionamiento de un fototransistor y dibuja un pequeño esquema del mismo (3 puntos)

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo y

• •

Actividad de investigación OBJETIVO

1.- ¿Qué es una spin off?

Conocer las empresas que se crean a partir de proyectos de la Universidad.

2.- ¿En qué consiste?

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

3.- ¿Cómo se puede financiar una empresa como Bitbrain technologies?

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen. [1]

[1]Spin off: Obtenido de Universidad de Zaragoza: http://otri.unizar.es/area/spin/def.php

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Anexo XI - Control y Robótica 1. ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES

Los elementos que conectan un sistema electrónico con su entorno, sensores y actuadores, por norma general no están previstos para ser conectados directamente al núcleo del sistema. Por ello, es preciso acondicionar la señal para hacer compatibles las conexiones. Entre los dispositivos que se ocupan de realizar el acondicionamiento de señales se encuentran: •

•

•

•

Elementos de protección: protegen el microprocesador de señales eléctricas con voltaje o corrientes elevadas. Para ello, se emplean fusibles, resistencias limitadores de corriente, o circuitos que limitan el voltaje.

Amplificadores y comparadores: algunas señales percibidas por los sensores son de unos pocos milivoltios, por lo que resulta necesario amplificarlas. En muchos casos se emplean amplificadores operacionales que, además, pueden realizar otras funciones como comparar señales de entrada y salida, sumar o restar señales, etc.

Filtros: reducen o eliminan distorsiones en las señales analógicas que proceden de los sensores. Para conseguirlo, solo permiten el paso de una banda de frecuencia.

Convertidores de señal: la salida de la mayoría de los sensores es de tipo analógico. Para operar estas señales en el microprocesador es necesario convertirlas en digitales.

2. ACTUADORES

Son los encargados de dotar de movimiento a la estructura mecánica.

Los elementos que conforman un actuador son los siguientes: • • • •

Sistema de accionamiento: es el encargado de producir el movimiento.

Sistema de transmisión: es el encargado de transmitir el movimiento del actuador a otros elementos.

Sistema reductor: encargado de adecuar el torque y la velocidad del actuador a los valores requeridos.

Sistema de control: encargado de enviar las órdenes al actuador para que se mueva de cierta manera.

Características principales de los actuadores: • Rango de actuación: dominio en el que puede aplicarse el actuador.

• Control: conjunto de acciones o datos para el manejo del actuador.

• Precisión: error de actuación máximo esperado.

• Rapidez de respuesta: tiempo necesario para que el dispositivo actualice su estado.

Innovación en el aula

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Más información sobre actuadores [1]

Anexo XI - Control y Robótica Los actuadores suelen ser de tres tipos: eléctricos, neumáticos o hidráulicos.

• • •

Eléctricos-electrónicos: utiliza la energía eléctrica y suelen ser más simples y manejables.

Neumáticos: la fuente de energía que utilizan se basa en el aire a presión, y suelen tener poca precisión de posicionamiento.

Hidráulicos: son análogos a los neumáticos pero, en este caso, para la transmisión de energía se utilizan líquidos. Tienen mejor precisión pero el tiempo de respuesta es menor.

En robótica los actuadores son los encargados de generar el movimiento de los diferentes mecanismos o elementos que conforman el robot. Los actuadores eléctricos se utilizan principalmente en robots que no demanden altas velocidades ni grandes potencias. Son usados en aplicaciones que requieran exactitud y repetitividad.

Los motores eléctricos más utilizados en robótica son los motores de corriente continua y los motores paso a paso. Los actuadores hidráulicos se utilizan en robots de gran tamaño, que requieran alta velocidad para la ejecución de tareas y gran resistencia mecánica para la manipulación de cargas pesadas. Los actuadores neumáticos son usados en aplicaciones que requieran solo dos estados, por ejemplo, en la apertura y el cierre de la pinza de un manipulador.

[1] Actuadores. Obtenido de Tvtronica: http://www.tvtronica.com.ar/Actuadores.htm [2] Músculos neumáticos. Obtenido de Robots Argentina: http://robots-argentina.com.ar/Actuadores_musculosneumaticos.htm

Innovación en el aula

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Actuadores: músculos neumáticos [2]

Anexo XII Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. ¿En qué consiste el acondicionamiento de la señal? (1 punto) 2. ¿Para qué sirven los amplificadores y los comparadores? (1 punto) 3. ¿Qué misión tienen los filtros en un circuito acondicionador? (1 punto) 4. ¿Qué es un actuador?, ¿Qué tipos hay? Defínelos. (2 puntos) 5. ¿Qué características definen los actuadores? (1,5 puntos) 6. ¿Qué elementos conforman a los actuadores? (1,5 puntos) 7. Explica el funcionamiento de un actuador en un robot. (2 puntos)

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Anexo XII - Solución Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. ¿En qué consiste el acondicionamiento de la señal? (1 punto) Los elementos que conectan un sistema electrónico con su entorno, sensores y actuadores, por norma general, no están previstos para ser conectados directamente al núcleo del sistema, por ello, los dispositivos de acondicionamiento de señal hacen compatibles estas conexiones.

2. ¿Para qué sirven los amplificadores y los comparadores? (1 punto) Algunas señales percibidas por los sensores son de unos pocos milivoltios, por lo que resulta necesario amplificarlas. En muchos casos se emplean amplificadores operacionales que, además, pueden realizar otras funciones como comparar señales de entrada y salida, sumar o restar señales, etc.

3. ¿Qué es un filtro en un circuito acondicionador? (1 punto) Es una parte del circuito compuesta por ejemplo por un condensador y una resistencia, que reduce o elimina distorsiones en las señales analógicas que proceden de los sensores. Para conseguirlo, solo permiten el paso de una banda de frecuencia.

4. ¿Qué es un actuador?, ¿Qué tipos hay? Defínelos. (2 puntos) Son los encargados de dotar de movimiento a la estructura mecánica. Existen varios tipos: -Neumáticos: la fuente de energía se basa en el aire a presión, y suelen tener poca precisión de posicionamiento.

-Hidráulicos: son análogos a los neumáticos, pero, en este caso, para la transmisión de energía utilizan líquidos. Tienen mejor precisión pero el tiempo de respuesta es menor.

-Eléctricos-electrónicos: utilizan la energía eléctrica y suelen ser más simples y manejables

5. ¿Qué características definen a los actuadores? (1,5 puntos) Las características de los actuadores son: -Rango de actuación: dominio en el que puede aplicarse el actuador.

-Control: conjunto de acciones o datos para el manejo del actuador.

-Precisión: error de actuación máximo esperado.

-Rapidez de respuesta: tiempo necesario para que el dispositivo actualice su estado.

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Anexo XII - Solución 6. ¿Qué elementos conforman los actuadores? (1,5 puntos) Los elementos que conforman un actuador son los siguientes: -Sistema de accionamiento: es el encargado de producir el movimiento.

-Sistema de transmisión: es el encargado de transmitir el movimiento del actuador a otros elementos.

-Sistema reductor: encargado de adecuar el torque y la velocidad del actuador a los valores requeridos.

-Sistema de control: encargado de enviar las órdenes al actuador para que se mueva de cierta manera.

7. Explica el funcionamiento de un actuador en un robot. (2 puntos) En robótica los actuadores son los encargados de generar el movimiento de los diferentes mecanismos o elementos que conforman el robot. Los actuadores eléctricos se utilizan principalmente en robots que no demanden altas velocidades o potencias. Son usados en aplicaciones que requieran de exactitud y repetitividad. Los motores eléctricos más utilizados en robótica son los motores de corriente continua y los motores de paso a paso.

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Anexo XIV - Control y Robótica 1. CONTROLADORES

Todos los sistemas de control de procesos industriales tienen en común que realizan las siguientes funciones: •

Miden una variable física. Utilizan un elemento que mide una variable física que debe ser controlada. Los elementos encargados de medir estas variables son los sensores o transductores.

• Evalúan informaciones. La información entregada por los sensores se lleva a la unidad de control, donde es analizada para tomar decisiones oportunas. Es la parte inteligente del sistema. En los sistemas con realimentación se compara con un valor de referencia y, si no son coincidentes, se genera una señal de error.

• Ejecutan una acción. Utilizan un elemento denominado actuador que es gobernado por la unidad de control y se encarga de producir una acción sobre el sistema de manera que lo lleve al estado deseado.

Provocan un movimiento mecánico o la variación de alguna variable física del sistema bajo control.

Imagen: Elementos de un sistema de control.

El núcleo o cerebro de la unidad de control lo constituye el procesador de datos donde se conectan las entradas de información y las salidas con las que responderá el sistema.

En la mayoría de los casos se emplean microprocesadores que realizan las operaciones lógicas siguiendo un programa de funcionamiento introducido en una memoria. Estos programas pueden ser modificados en cualquier momento para incluir nuevas instrucciones mediante diferentes lenguajes de programación.

Microprocesador. Cuando la unidad central de proceso (CPU) está unido a las memorias y a las conexiones de entrada y salida en un solo circuito integrado o chip.

Los microprocesadores pueden configurarse como: •

Controladores específicos: El procesador y el programa se configuran para una aplicación específica. El microprocesador lleva conectados los sensores y

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Control domótico [1]

Anexo XIV - Control y Robótica

•

dispositivos de mando, con un número reducido de operaciones como las que precisan algunos electrodomésticos o equipos audiovisuales.

Controladores lógicos programables (PLC o autómatas programables): Tienen por objetivo controlar procesos industriales, permitiendo un gran número de entradas y salidas para el desarrollo de múltiples tareas definidas a través de consolas de programación. Utilizan lenguajes de programación específicos en función de cada modelo o aplicación.

Imagen de Ford: Cadena de montaje (Ford.es)

•

Control por ordenador: Es el que se realiza mediante tarjetas controladoras, a las que se les conecta las entradas y salidas de control. Estos sistemas necesitan de programas como Visual Basic o Logo para su funcionamiento. Las principales aplicaciones son para la docencia, el entretenimiento o el control de instalaciones domésticas.

Innovación en el aula

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Anexo XIV - Control y Robótica

Imagen: Gestión informática de viviendas. ITE EDUCACIÓN.

2. CONTROL POR ORDENADOR

El ordenador se ha convertido en una de las herramientas básicas a la hora de controlar sistemas automáticos y robots. Su versatilidad y facilidad para programarlos con un entorno gráfico sencillo, son algunas de las características que los hacen ideales para esta tarea. Solo se necesita una tarjeta controladora conectada al ordenador, que hace de interface de enlace con el sistema automático o el robot, y un software (programa) que sea capaz de controlar la tarjeta, y con ello el robot.

Circuitos con realimentación [2]

Las principales aplicaciones industriales de los ordenadores como elemento de control: • • • • • •

Adquisición de datos: Recogida, tratamiento y almacenamiento de datos.

Supervisión: Se encarga de supervisar y dar soporte técnico a un operador de planta.

Control secuencial: El ordenador toma la función de autómata programable y ejecuta programas de control de sistemas secundarios.

Control analógico digital: El ordenador se encarga de elaborar la consigna de los bucles analógicos.

Control digital directo: El ordenador es el encargado de ejecutar el control del proceso continuo.

Análisis de datos: Se encarga de gestionar y estudiar datos por medio de herramientas de ofimática.

ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DE CONTROL POR ORDENADOR.

El uso de ordenadores como elemento de control tiene importantes ventajas respecto de otros dispositivos, ya que posee la capacidad de recibir y analizar datos a velocidades extremadamente altas, tomar decisiones. También presentan algunas desventajas, como

Innovación en el aula

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El ordenador como dispositivo de control [3]

Anexo XIV - Control y Robótica su alto coste, la complejidad de los programas o la necesidad de personal cualificado para su manejo.

La estructura física o hardware de la unidad de control de un sistema de control por ordenador está constituida por el procesador, la memoria, las unidades de entrada/salida y las interfaces.

Para el funcionamiento de la unidad de control no solo es necesario un hardware, sino que es imprescindible diseñar un programa, compuesto por instrucciones sencillas, donde se especifique la forma de funcionar del sistema. Al conjunto de programas con que trabaja el ordenador se le denomina software.

Un robot se programa de la misma forma que cualquier software informático: primero desarrollaríamos el algoritmo que permita indicar al robot qué acciones ha de realizar, a continuación elaboraríamos un programa informático que manejara al robot mediante instrucciones o comando propios del lenguaje utilizado. Por tanto es clave la utilización de un lenguaje de programación que permita al usuario comunicarse con el ordenador.

LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN.

El ordenador es el elemento de programación que se suele utilizar para controlar un robot o cualquier otro dispositivo. Este control suele realizarse mediante un de los lenguajes de programación, que pueden clasificarse en dos grandes grupos: -Lenguajes de programación punto a punto. Órdenes muy simples, ya que consisten en una sola palabra (pause, stop, etc.) seguida de las instrucciones necesarias para llevar a cabo la acción. Los lenguajes más utilizados son FUNKY, ANORAD, EMILY, RCL, SCORBASE y SIGLA. -Lenguajes de programación estructurados. Entre los que cabe destacar ACL, HELP Y MAPLE. El lenguaje ACL es el más utilizado ya que permite realizar programas complejos, con control sobre las trayectorias. Es un lenguaje multitarea y en tiempo real.

Innovación en el aula

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Anexo XIV - Control y Rob贸tica [1] Control dom贸tico. Obtenido de Mec: http://nogal.mentor.mec.es/~lbag0000/html/lacasadomus.htm [2] Circuitos con realimentaci贸n. Obtenido de Robots Argentina: http://robots-argentina.com.ar/MotorCC_circuitosrealimentados.htm [3] Webquest. El ordenador como dispositivo de control: https://sites.google.com/site/controlyroboticabloque2/

Innovaci贸n en el aula

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Anexo XV Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. ¿Qué es un microprocesador?, ¿qué aparatos tienen uno? (1 punto) 2. ¿Qué son los PLC?, ¿para qué sirven? (1 punto) 3. ¿En qué consiste el control por ordenador? (1 punto) 4. ¿Qué características en común tienen los sistemas de control de procesos industriales? (2 puntos) 5. ¿Qué aplicaciones tienen los ordenadores como elemento de control? (1 punto) 6. ¿Qué estructura tiene un sistema de control por ordenador? (1 punto) 7. Cita y clasifica, al menos, seis lenguajes de programación. (2 puntos) 8. ¿En qué se diferencia un robot de un sistema automático? (1 punto)

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Anexo XV - Solución Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. ¿Qué es un microprocesador?, ¿qué aparatos tienen uno? (1 punto) Es el núcleo o cerebro de la unidad de control, lo constituye el procesador de datos donde se conectan las entradas de información y las salidas con las que responderá el sistema. Una lavadora, robots de juguete, televisión, etc.

2. ¿Qué son los PLC?, ¿para qué sirven? (1 punto) Controladores lógicos programables (PLC o autómatas programables): Tienen por objetivo controlar procesos industriales permitiendo un gran número de entradas y salidas para el desarrollo de múltiples tareas definidas a través de consolas de programación. Utilizan lenguaje de programación específicos en función de cada modelo o aplicación.

3. ¿En qué consiste el control por ordenador? (1 punto) Es el que se realiza mediante tarjetas controladoras, a las que se les conecta las entradas y salidas de control. Estos sistemas necesitan de programas como Visual Basic o Logo para su funcionamiento. Las principales aplicaciones son para la docencia, el entretenimiento o el control de instalaciones domésticas.

4. ¿Qué funciones realizan todos los sistemas de control de procesos industriales? (2 puntos) Todos los sistemas de control de procesos industriales realizan tres funciones en común: -Miden una variable física. Utilizan un elemento que mide una variable física que debe ser controlada. Los elementos encargados de medir estas variables son los sensores o transductores.

-Evalúan informaciones. La información entregada por los sensores se lleva a la unidad de control, donde es analizada para tomar decisiones oportunas. Es la parte inteligente del sistema. En los sistemas con realimentación se compara con un valor de referencia y, si no son coincidentes, se genera una señal de error.

-Ejecutan una acción. Utilizan un elemento denominado actuador que es gobernado por la unidad de control y se encarga de producir una acción sobre el sistema de manera que lo lleve al estado deseado.

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Anexo XV - Solución

5. ¿Qué aplicaciones tienen los ordenadores como elemento de control? (1 punto) -Adquisición de datos: recogida, tratamiento y almacenamiento de datos.

-Supervisión: se encarga de supervisar y dar soporte técnico a un operador de planta.

-Control secuencial: el ordenador toma la función de autómata programable y ejecuta programas de control de sistemas secundarios.

-Control analógico digital: el ordenador se encarga de elaborar la consigna de los bucles analógicos.

-Control digital directo: el ordenador es el encargado de ejecutar el control del proceso continuo.

-Análisis de datos: se encarga de gestionar y estudiar datos por medio de herramientas de ofimática.

6. ¿Qué estructura tiene un sistema de control por ordenador? (1 punto) El autómata programable o PLC, el ordenador y el software de programación que se utiliza para dar instrucciones a los elementos de actuación.

7. Cita y clasifica, al menos, seis lenguajes de programación. (2 puntos) Lenguajes de programación punto a punto. Órdenes muy simples, ya que consisten en una sola palabra (pause, stop, etc.) seguida de las instrucciones necesarias para llevar a cabo la acción. Los lenguajes más utilizados son FUNKY, ANORAD, EMILY, RCL, SCORBASE y SIGLA. -Lenguajes de programación estructurados. Entre los que cabe destacar ACL, HELP Y MAPLE.

8. ¿En qué se diferencia un robot de un sistema automático? (1 punto) A diferencia del sistema automático, un robot tiene inteligencia artificial que le permite actuar ante situaciones externas. Es capaz de realizar varias funciones o tareas complejas, manipular objetos y realizar automáticamente operaciones, incluyendo diferentes tipos de movimientos, en respuesta a su entorno

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo XVI

• •

Actividad de simulación OBJETIVO Aprender un lenguaje de programación simple, utilizando un simulador. [1] DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Completar el ejercicio propuesto en la ficha de la siguiente página. [2] MATERIALES MSWLogo [1]

[1]MSWLogo: Obtenido de Recursos Tic: http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/images/upload/ob_innovacion/mswlogo65a_sp.zip [2] Ejercicio con MSWLogo. Obtenido de Portal Eso:

http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos /tecnologia/controlyrobo/simulador_mswlogo_barrera.pdf

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo XVII

• •

Actividad de investigación OBJETIVO Ampliar información sobre la industria robótica.

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

¿Cómo se desarrolla un proyecto robótico para una empresa?, ¿Se hace específicamente para ella?

LA

Lee la información de la web que te proponemos, responde a las preguntas y haz tu propio diseño.

Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen. [1] Diseña un brazo robótico que tenga algún tipo de función. Puedes realizar un boceto y escribir cómo funciona y cómo obtiene la información para actuar.

[1] Robótica. Obtenido de Decuna: http://www.decuna.com/es/tecnolog%C3%ADa/rob%C3%B3tica

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Anexo XIX - Control y Robótica 1. SISTEMAS AUTOMÁTICOS Y ROBOTS

Un programa es una secuencia de instrucciones que se introduce en el ordenador de forma consecutiva con una determinada finalidad. Los sistemas automáticos presentan unas características distintas a otros tipos de sistemas, por lo que se tienen que utilizar programas específicos que contemplen dichas características.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS

Las principales características de los sistemas automáticos son: -Capacidad para adaptarse al medio. En el caso de los robots móviles es vital saber en todo momento la posición y orientación dentro de su entorno, para poder encontrar sus objetivos y evitar que tropiecen con obstáculos. Esto se consigue gracias a la información suministrada por los sensores y a la facilidad que posee el ordenador para tomar decisiones; este proceso se llama realimentación.

-Tiempo de respuesta. En muchas de aplicaciones el tiempo de respuesta del sistema es fundamental, pues deben trabajar en tiempo real. El sistema debe reaccionar en un tiempo determinado ante cualquier circunstancia. Es decir, es más importante conocer el tiempo que se necesita para emprender una acción que el hecho de realizarla rápidamente.

Para reducir los tiempos de procesamiento de la información y obtener una respuesta más rápida se recurre a Procesadores Digitales de Señal (DSP), microprocesadores que procesan la señal por manipulación matemática en formato digital.

-Capacidad de modelar la incertidumbre. Cuando se abordan casos complejos, el control de un proceso requiere una atención continuada por parte de operadores expertos que basan en su experiencia el control del sistema. Las técnicas de Inteligencia Artificial proporcionan métodos para simular el razonamiento humano, teniendo en cuenta que la mayor parte de este razonamiento es aproximado que preciso.

Entre estas técnicas se encuentra la Lógica Difusa o Borrosa, que intenta modelar la incertidumbre y los conceptos ambiguos.

A diferencia de un automatismo, un robot debe ser capaz de realizar múltiples tareas.

Una puerta que se abre automáticamente no es un robot, como tampoco lo es una lámpara que se enciende cuando oscurece. Ni siquiera un coche teledirigido o una muñeca que habla son robots.

Un robot es una máquina automática capaz de captar información de su entorno y de reaccionar ante ella. Además, puede programarse para realizar diversas tareas.

Innovación en el aula

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Introducción a la robótica [1]

Anexo XIX - Control y Robótica Todos los robots son diseñados en función de las tareas que van a realizar. Por este motivo hay muchos tipos y diseños distintos, pero siempre se van a dar unas características generalizadas que son las siguientes: − La precisión que tienen para realizar movimientos y acciones. − La capacidad de carga, el peso que puede manejar. − Los grados de libertad que tienen sus movimientos. Normalmente coincide con el número de articulaciones que tiene el robot. − El sistema de coordenadas, que define en que direcciones va a realizar sus movimientos. Estas coordenadas pueden ser cartesianas (X, Y, Z), cilíndricas, etc.

APLICACIONES INDUSTRIALES BÁSICAS

Los robots pueden clasificarse de muchas maneras, dependiendo de factores como, por ejemplo, su diseño, potencia del software, utilidad, flexibilidad… Por este motivo, también, según la cronología y según la arquitectura.

La cronología : Primera generación: Manipuladores: Etapa que empieza en los años 50s. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sistema de control relativamente sencillo de lazo abierto, es decir, no existe retroalimentación alguna por parte de algún sensor, y realiza tareas previamente programadas que se ejecutan secuencialmente.

Segunda generación: Robots de aprendizaje: Esta etapa se desarrolla hasta los años 80s. Repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada anteriormente por un operador humano. El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza. Estos robots son un poco más conscientes del entorno que les rodea, ya que tienen sistemas de control en lazo cerrado que por medio de sensores obtienen información de su entorno, pudiendo actuar o adaptarse según los datos analizados.

Tercera generación: Robots con control sensorizado: Esta etapa tiene lugar entre los años 80s y 90s. Ahora los robots cuentan con controladores (ordenadores) que ejecutan las órdenes de un programa escrito (lenguaje de programación) y las envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios.

Cuarta generación: Robots inteligentes: Se introducen sensores mucho más sofisticados que envían la información al controlador y es analizada mediante estrategias complejas de control. Debido a estas estrategias, estos robots se consideran “inteligentes”, ya que se adaptan y aprenden de su entorno utilizando “conocimiento difuso”, “redes neuronales”, y otros métodos de análisis y obtención de datos. Ahora el robot puede basar sus acciones en información solida y confiable en tiempo real.

Innovación en el aula

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Webquest: Historia de los robots [2]

Anexo XIX - Control y Robótica Quinta generación y más allá Esta etapa depende de la nueva generación de jóvenes, y de sus progresos. La siguiente generación será una nueva tecnología que incorpore el 100% de inteligencia artificial y utilice nuevos métodos de conducta y arquitectura nanotecnológica.

La arquitectura: Desde un punto de vista muy general los robots pueden clasificarse según estos criterios: En cuanto a su forma física tenemos: • Androide: Son robots que se parecen y actúan como los seres humanos.

Actualmente los androides son dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica. Están destinados al estudio y la experimentación.

•

Autómata o Zoomórficos: Son el resto de máquinas, que suelen imitar los movimientos y la figura de seres animados. Así, un robot que simule un ave será denominado autómata y no androide.

-POR SU MOVIMIENTO TENEMOS:

• • •

Robots estáticos, que no se mueven.

Brazos robóticos, que sólo pueden moverse en un reducido espacio. Dependiendo de su movimiento, éstos a su vez pueden ser cartesianos, cilíndricos o polares.

Robots móviles, que tienen absoluta libertad de movimiento, ya que están provistos de ruedas, patas u orugas que permiten su desplazamiento.

-POR SU EMPLEO A NIVEL INDUSTRIAL:

•

Manipuladores: son sistemas mecánicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control, que permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes modos: -Manual: cuando el operario controla directamente la tarea del manipulador.

Innovación en el aula

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Información sobre Asimo [3]

Anexo XIX - Control y Robótica -De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de trabajo preparado previamente.

-De secuencia variable: se pueden alterar algunas características de los ciclos de trabajo.

Catálogo de robots industriales [4] Imagen: Brazo robótico.

•

Robots de repetición y aprendizaje: son manipuladores que se limitan a repetir una secuencia de movimiento, previamente ejecutada por un operador humano, haciendo uso de un controlador manual o un dispositivo auxiliar. En este tipo de robots, el operario en la fase de enseñanza, se vale de una pistola de programación con diversos pulsadores o teclas, o bien, de joysticks, o bien utiliza un maniquí, o a veces, desplaza directamente la mano de el robot. Los robots de aprendizaje son los más conocidos, hoy día, en los ambientes industriales y el tipo de programación que incorporan, reciben el nombre de "gestual".

•

Robots con control por ordenador: son manipuladores o sistemas mecánicos multifuncionales, controlados por un computador, que habitualmente suele ser un microordenador.

En este tipo de robots, el programador no necesita mover realmente el elemento de la maquina, cuando la prepara para realizar un trabajo. El control por computador dispone de un lenguaje específico, compuesto por varias instrucciones adaptadas al robot, con las que se puede confeccionar un programa de aplicación utilizando solo el terminal del computador, no el brazo. A esta programación se le denomina textual y se crea sin la intervención del manipulador.

Las grandes ventajas que ofrece este tipo de robots, hacen que se vayan imponiendo en el mercado rápidamente, lo que exige la preparación urgente de personal cualificado, capaz de desarrollar programas similares a los de tipo informático.

•

Robots inteligentes: son similares a los del grupo anterior, pero, además, son capaces de relacionarse con el mundo que les rodea a través de sensores y tomar decisiones en tiempo real (auto programable).

De momento, son muy poco conocidos en el mercado y se encuentran en fase experimental, en la que se esfuerzan los grupos investigadores por potenciarlos y hacerlos más efectivos, al mismo tiempo que más asequibles. La visión artificial, el

Innovación en el aula

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Anexo XIX - Control y Robótica sonido de máquina y la inteligencia artificial, son las técnicas que más están estudiando para su aplicación en los robots inteligentes.

•

Micro-robots: con fines educativos, de entretenimiento o investigación, existen numerosos robots de formación o micro-robots a un precio muy asequible y, cuya estructura y funcionamiento son similares a los de aplicación industrial.

LA ROBÓTICA EN LA ACTUALIDAD.

Webquest: robots [5]

En la actualidad, los robots son usados para llevar a cabo tareas sucias, peligrosas, difíciles, repetitivas o impensables para los humanos. Por esta razón, los robots comerciales e industriales son ampliamente utilizados, y realizan tareas de forma más exacta o más barata. Algunas de estas aplicaciones son: limpieza de residuos tóxicos, minería, localización de minas terrestres, plantas de manufactura, montaje y embalaje y un largo etcétera.

Hoy en día, hay un creciente desarrollo de los robots permitiendo la reducción de su tamaño y abaratándose, una tendencia relacionada con la miniaturización de los componentes electrónicos que se utilizan para controlarlos. Por ello, se ha logrado un gran avance en robots dedicados a campos, tales como, la medicina, ejército, industria aeroespacial, etc.

USOS MÉDICOS:

Se han logrado grandes avances en medicina, gracias a dos compañías en particular, Computer Motion e Intuitive Surgical, que han recibido la aprobación regulatoria en América del Norte, Europa y Asia para que sus robots sean utilizados en procedimientos de cirugía invasiva mínima. También la automatización de los laboratorios es un área en crecimiento. Aquí, los robots son utilizados para transportar muestras biológicas o químicas entre instrumentos tales como incubadoras, manejadores de líquidos y lectores.

Innovación en el aula

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Robótica aplicada a la medicina [6]

Anexo XIX - Control y Robótica

EXPLORACIÓN DEL FONDO OCEÁNICO:

La utilización de los robots guiados, permite alcanzar grandes profundidades, que para los seres humanos son inalcanzables, sin correr riesgos para la vida.

Robot araña, exploración submarina [7]

AVIONES ESPÍA:

Utilizados por el ejército en misiones de reconocimiento sin ser detectados.

ROBOT ESPACIAL:

Robots enviados al espacio para realizar reconocimientos, fotografiar planetas o moverse a lo largo de ellos. Robot Curiosity lanzado a Marte en 2011 por la NASA.

Innovación en el aula

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Anexo XIX - Control y Robótica Robot Curiosity [8] 8

[1]Introducción a la robótica. Obtenido de Eroski consumer: http://www.consumer.es/web/es/tecnologia/hardware/2005/01/20/116179.php [2] Webquest. Historia de los robots: https://sites.google.com/site/controlyroboticabloque3/home [3]Honsa Asimo. Obtenido de Honda: http://asimo.honda.com/ [4] Catálogo de robots industriales. Obtenido de Robotics: http://www.robotics.org/index.cfm [5] Webquest. Los robots: https://sites.google.com/site/controlyroboticabloque4/ [6] Robótica aplicada a la medicina. Obtenido de UPC en: http://www-assig.fib.upc.es/~rob/protegit/treballs/Q2_03-04/aplic_medicas/index.html [7] Robot araña, exploración submarina. Obtenido de Tuexperto en: http://www.tuexperto.com/2009/06/11/robot-arana-para-la-exploracion-submarina-al-estilo-matrix/ [8] Robot Curiosity. Obtenido de Nasa: http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html

Innovación en el aula

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Anexo XX Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. ¿Qué es un programa? (1 punto) 2. Nombra y define las características de los sistemas automáticos. (1 puntos) 3. ¿Qué es un robot? (1 punto) 4. ¿Qué características tiene un robot? (2 puntos) 5. ¿Qué aplicaciones básicas tienen los robots? Nómbralas y define una. (1 punto) 6. ¿Cómo se clasifican los robots según su movimiento? (1 punto) 7. Explica qué es un robot de aprendizaje o repetición. (2 puntos) 8. ¿Qué es un microrobot? (1 punto)

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Anexo XX - Solución Evaluación de los conceptos básicos

CONTROL Y ROBÓTICA

1. ¿Qué es un programa? (1 punto) Un programa es una secuencia de instrucciones que se introduce en el ordenador de forma consecutiva con una determinada finalidad. Los sistemas automáticos presentan unas características distintas a otros tipos de sistemas, por lo que se tienen que utilizar programas específicos que contemplen dichas características.

2. Nombra y define las características de los sistemas automáticos. (1 puntos) -Capacidad para adaptarse al medio. En el caso de los robots móviles es vital saber en todo momento la posición y orientación dentro de su entorno, para poder encontrar sus objetivos y evitar que tropiecen con obstáculos. Esto se consigue gracias a la información suministrada por los sensores y a la facilidad que posee el ordenador para tomar decisiones; este proceso se llama realimentación.

-Tiempo de respuesta. En muchas de aplicaciones el tiempo de respuesta del sistema es fundamental, pues deben trabajar en tiempo real. El sistema debe reaccionar en un tiempo determinado ante cualquier circunstancia. Es decir, es más importante conocer el tiempo que se necesita para comenzar una acción que el hecho de realizarla rápidamente.

Para reducir los tiempos de procesamiento de la información y obtener una respuesta más rápida se recurre a Procesadores Digitales de Señal (DSP), microprocesadores que procesan la señal por manipulación matemática en formato digital.

-Capacidad de modelar la incertidumbre. Cuando se abordan casos complejos, el control de un proceso requiere una atención continuada por parte de operadores expertos que basan en su experiencia el control del sistema. Las técnicas de Inteligencia Artificial proporcionan métodos para simular el razonamiento humano, teniendo en cuenta que la mayor parte de este razonamiento es aproximado más que preciso.

3. ¿Qué es un robot? (1 punto) Un robot es una máquina automática capaz de captar información de su entorno y de reaccionar ante ella. Además, puede programarse para realizar diversas tareas.

4. ¿Qué características tiene un robot? (2 puntos) -La precisión que tienen para realizar movimientos y acciones.

-La capacidad de carga, el peso que puede manejar.

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Anexo XX - Solución -El grado de libertad que tienen sus movimientos. Normalmente coincide con el número de articulaciones que tiene el robot.

-El sistema de coordenadas que define a que direcciones va a realizar sus movimientos. Estas coordenadas pueden ser cartesianas (X, Y, Z), cilíndricas, etc.

5. ¿Qué es un robot industrial? (1 punto) Es un robot hecho específicamente para realizar tareas dentro de una industria. Se pueden utilizar para gran cantidad de tareas como la manipulación o la soldadura.

6. ¿Cómo se clasifican los robots según su movimiento? (1 punto) -Robots estáticos, que no se mueven.

-Brazos robóticos, que sólo pueden moverse en un reducido espacio. Dependiendo de su movimiento, éstos a su vez pueden ser cartesianos, cilíndricos o polares.

-Robots móviles, que tienen absoluta libertad de movimiento, ya que están provistos de ruedas, patas u orugas que permiten su desplazamiento.

7. Explica qué es un robot de aprendizaje o repetición. (2 puntos) Son manipuladores que se limitan a repetir una secuencia de movimiento, previamente ejecutada por un operador humano, haciendo uso de un controlador manual o un dispositivo auxiliar. En este tipo de robots, el operario en la fase de enseñanza, se vale de una pistola de programación con diversos pulsadores o teclas, o bien, de joysticks, o bien utiliza un maniquí, o a veces, desplaza directamente la mano de el robot. los robots de aprendizaje son los más conocidos, hoy día, en los ambientes industriales y el tipo de programación que incorporan, reciben el nombre de "gestual".

8. ¿Qué es un microrobot? (1 punto) Son robots hechos con fines educacionales, de entretenimiento o investigación, existe numerosos robots de formación o micro-robots a un precio muy asequible y, cuya estructura y funcionamiento son similares a los de aplicación industrial.

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo XXI

• •

Actividad de simulación OBJETIVO Aprender un lenguaje de programación simple, utilizando un simulador. [1] DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Completar el ejercicio propuesto en la ficha de [2].

MATERIALES MSWLogo [1]

[1]MSWLogo: Obtenido de Recursos Tic: http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/images/upload/ob_innovacion/mswlogo65a_sp.zip [2] Ejercicio con MSWLogo. Obtenido de Portal Eso:

http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/controlyrobo/simulador_mswlogo_barrera.pdf

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Anexo XXII – English reading

The World's Top 10 Most Innovative Companies in Robotics 1_iRobot For maximizing doctor-patient face-time. Drawing on years of experience with its self-navigating Roomba vacuums, last year iRobot unveiled RP-VITA, a roving robotic communications portal that’s already making the rounds at various hospitals. The bot, which can be controlled remotely with a tablet, uses sensors to find its way to a given patient, and onboard cameras and displays allow for face-to-face interaction with doctors. While iRobot is already a powerhouse in the home and on the battlefield, its first medical automaton should be a shot in the arm for healthcare robotics.

2_Recon Robotics For building an army of throwable spybots. Last year, French commandos tossed the Recon Scout XT into an armed standoff with a spree-killer. The stealthy, 1.2-pound barbell-shaped microbot confirmed his location, and the suspect was killed, without any other casualties. Since then, Recon Robotics has sold another 1,000 bots to the U.S. Army, while also introducing the next generation of dirt-simple, indispensable scouts, the Throwbot XT, which can transmit audio as well as infrared video.

3_Google For taking robot cars to Vegas. When Google announced in 2010 that its secret fleet of robotic Priuses had logged 1,000 miles alongside unsuspecting humans, the world was stunned. And in the past year, the search giant hasn’t eased off the gas, surpassing 300,000 in total robot mileage and successfully lobbying California to become the second state to allow autonomous vehicles on its roads. (Google’s first victory was Nevada, which has since become a statewide testing ground for machine drivers and projects from the likes of Audi and Volkswagen.)

4_Mazor Robotics For turning robots into brain surgeons. While global interest in surgical robots has grabbed headlines and reeled in staggering profits for companies like Intuitive Surgical, Israel-based Mazor Robotics has been quietly pushing the technology into the uncharted territory of neurosurgery. The company has pioneered the use of 3D imaging to immediately confirm spinal surgery results, and its Renaissance system, which in January had its 20th hospital installation in the United States, is the first to secure FDA approval for brain procedures.

5_SpaceX For getting to the space station, and back, with a robot spacecraft. SpaceX made history when its Dragon capsule docked with the International Space Station, a milestone for the burgeoning commercial space industry. Less talked about, though, was its robotic triumph: The Dragon is an autonomous vehicle, and the company plans to keep it largely self-piloted, even if, in the coming years, it’s approved to ferry passengers to and from the station.

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Anexo XXII – English reading 6_Lockheed Martin For flying robot pilots through unfriendly skies. Like other defense contractors, Lockheed Martin develops its share of death-dealing hardware. But the K-MAX unmanned (and unarmed) chopper, developed jointly with the Kaman Corporation, has distinguished itself in more peaceful duties, too, delivering more than 2 million pounds of food, gear, and other supplies to U.S. Marines in Afghanistan since its deployment in late 2011. It will continue to keep human pilots out of the crosshairs, as the DoD has extended its deployment through March, with an option to continue through September.

7_PV-Kraftwerker For harnessing machines to harness the power of the sun. With the upfront costs of solar power slowing its widespread adoption, PV-Kraftwerker’s Momo robot is a glimpse of brighter days ahead: when robots will install entire solar fields with little to no human assistance. For now, Momo’s skills are limited--it merely carries and positions the heavier components--but the company has been hired to create a more selfsufficient version that would set up panels in the irradiated surroundings of Japan’s Fukushima nuclear plant.

8_Boston Dynamics For making humanoid robots with a purpose. While Honda’s Asimo still makes the occasional public appearance, dancing and bowing for our amusement, the anthropomorphic robots at Boston Dynamics are busting their shiny asses. The treadmill-running, push-up-pumping PETMAN, originally built to test protective military gear, has become the humanoid platform for the Pentagon’s most ambitious robotics challenge yet, which aims to create disaster-response bots that can drive cars, use hand-tools, and otherwise rescue our lesser species.

9_Ekso Bionics For bringing wearable robots to market. The Ekso Bionics exoskeleton is life-changing technology: a pair of mechanical legs that gauge the wearer’s intentions and move entirely under their own power, with none of the device’s 45 pounds borne by the user. But keep the Iron Man fantasies in check--this system assists, rather than augments, providing a robotic, bipedal alternative to wheelchairs. Its latest version, which hit the market last year, includes new walking modes for improved rehabilition and a wireless usage monitor.

10_Seegrid For proving that bot-driven forklifts aren't as scary as they sound. Amazon’s $775 million acquisition of Kiva Systems last year signaled an unprecedented shift toward the fully automated distribution center. But in contrast to Kiva, which makes robotic warehouses that are completely retrofitted with machine swarms, Seegrid takes existing industrial trucks--from pallet-movers to forklifts--equips them with proprietary sensors and hardware, and unleashes them as robotic heavy-lifters in existing warehouses, where they’re smart enough to maneuver around their more fragile colleagues.

Did you know any of the companies?, in your opinion, What’s the best product?

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Anexo XXIII – Tecnología y sociedad

El Instituto Pirenaico de Ecología (IPE) es un centro de investigación integrado en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), dentro del Área de Recursos Naturales. El IPE cuenta con dos sedes, una en Jaca y otra en Zaragoza.

Su misión principal es contribuir a la comprensión del funcionamiento y la estructura de los sistemas terrestres y los organismos que allí habitan. Investigan además los cambios que ocurren en estos sistemas como consecuencia del Cambio Global, incluyendo la variabilidad climática y las actividades humanas. Y proporcionan las bases científicas para su conservación y gestión.

Conocimiento integrador y perspectiva histórica son elementos necesarios para avanzar en el entendimiento de los ecosistemas, los paisajes y las sociedades y su respuesta al cambio global. Y en esos dos pilares se asienta la misión del Instituto Pirenaico de Ecología: entender la organización y funcionamiento de los sistemas naturales terrestres, incluyendo los aspectos biológicos, hidrológicos, climáticos, geomorfológicos y entrópicos a escalas temporales, que incluyen desde los ciclos glaciares/interglaciares durante el Cuaternario hasta la monitorización anual de nuestros ecosistemas y especies. [1] Dentro de los proyectos en los que trabaja el IPE cabe destacar el Informe PNOMP, que describe el proyecto del glaciar de Monteperdido (estudio que se hace desde hace 40 años), memoria de 2011-IPE-CSIC: GLACIAR DE MONTEPERDIDO En el Pirineo aragonés se encuentran los glaciares más meridionales de Europa. El glaciar del PNOMP representa uno de los ejemplos más espectaculares del glaciarismo pirenaico actual, y las fotografías que de él se dispone desde finales del siglo XIX han servido de testimonio del gran retroceso glaciar que han experimentado los glaciares del Pirineo en las últimas décadas. La tecnología laser escáner permite medir la distancia entre un punto y una superficie determinada en miles de puntos por segundo, obteniéndose de ellos representaciones tridimensionales de dicha superficie.

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Proyectos vigentes IPE [2]

Anexo XXIII – Tecnología y sociedad Un láser es un dispositivo mecánico-cuántico, que aprovecha la interacción luzmateria para producir un tipo de luz especial, casi monocromática, extremadamente direccional y de alta intensidad. El haz puede tener tamaños desde el de un pelo humano, al de un edificio, potencias desde 10-9 hasta 1020 vatios y emitir en longitudes de onda que van, desde las microondas hasta los rayos X. Los haces pulsantes de luz láser pueden tener energías tan altas como 104 Julios en pulsos tan cortos como 10-15 segundos. Pueden agujerear el más resistente de los materiales o pegar retinas desprendidas en el ojo humano. Y sin embargo, no hay nada mágico en el láser. Es simplemente un tipo de luz, cuyas especiales características pueden entenderse sin un conocimiento profundo de física o matemáticas. En 2011 se ha iniciado un estudio utilizando un láser escáner de largo alcance para cartografiar en tres dimensiones y a gran resolución espacial (cada 0.5 metros) la superficie del Glaciar Norte. La investigación iniciada pretende realizar escaneados consecutivos en primavera y otoño. De esta forma se podrá medir la cantidad de nieve acumulada durante la estación fría, y la fusión de nieve y hielo que se produce durante la estación cálida, pudiéndose monitorizar con precisión el balance de masa del glaciar (diferencia entre acumulación y fusión) para cada año.

Láser escáner [3]

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Anexo XXIII – Tecnología y sociedad Haz una lista de, al menos, cinco proyectos de investigación que se realicen en el IPE, y comenta con tus compañeros aquellos que te parezcan más interesantes.

[1] Instituto Pirenaico de Ecología. IPE: http://www.ipe.csic.es/presentacion-general [2] Proyectos vigentes del IPE. IPE: http://www.ipe.csic.es/proyectosvigentes [3] Fabricantes de láser escáner. DIRECT INDUSTRY: http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/escaner-laser-75557.html

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Anexo XXIV – Tecnología y sociedad La Agencia Estatal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) es la mayor institución pública dedicada a la investigación en España y la tercera de Europa. Adscrita al Ministerio de Economía y Competitividad [1], a través de la Secretaría de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación, su objetivo fundamental es desarrollar y promover investigaciones en beneficio del progreso científico y tecnológico, para lo cual está abierta a la colaboración con entidades españolas y extranjeras.

El CSIC está constituido por una red de centros e institutos, propios y mixtos (cogestionados con Universidades, Comunidades Autónomas y otros organismos), que se distribuyen por todas las Comunidades Autónomas, con excepción de la Escuela Española de Historia y Arqueología de Roma (Italia).

Los centros e institutos del CSIC llevan a cabo investigación científica de forma autónoma e independiente. Todos ellos poseen la figura del director y se organizan en departamentos que agrupan equipos de investigación afines en sus temáticas de investigación. Así como los grupos de investigación son las unidades operativas de la investigación, los centros e institutos son las unidades operativas de gestión y organización de la actividad del CSIC. Los centros e institutos se agrupan en ocho grandes Áreas Científico-Técnicas [2] de acuerdo con el perfil de la investigación que llevan a cabo. En algunos casos, las líneas de investigación abordadas en un centro/instituto hacen que éste forme parte de más de un Área Científico-Técnica.

Asimismo, centros e institutos se agrupan territorialmente por Comunidad Autónoma. Algunas de ellas cuentan con Delegaciones Institucionales, que son la primera línea de interacción y respuesta del CSIC [3] en asuntos de ámbito regional A los centros e institutos del CSIC hay que añadir las unidades de investigación y las cerca de 160 Unidades Asociadas constituidas por grupos o departamentos universitarios, hospitales o centros tecnológicos que trabajan en líneas y proyectos estrechamente relacionados con el CSIC. Específicamente en la Comunidad Autónoma de Aragón existen varios centros de investigación del CSIC: la Estación Experimental Aula Dei, el Instituto de Carboquímica, el Instituto Pirenaico de Ecología, el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, el Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión y el Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea.

[1]Ministerio de Economía y Competitividad: http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/ [2] Áreas científicas del CSIC: http://www.csic.es/web/guest/areas-cientificas [3] CSIC en Aragón: http://www.csic.es/web/guest/home;jsessionid=BC2778B2B84DCB36EA03A2C83802520B

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Anexo XXV – Tecnología y sociedad Los Organismos Públicos de Investigación (OPI) son instituciones de investigación de carácter público y de ámbito nacional que, junto con las universidades, forman el núcleo básico del sistema público de investigación científica y desarrollo tecnológico español, ya que ejecutan la mayor parte de las actividades programadas en el Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica.

A pesar de que muchas de estas organizaciones fueron creadas entre 1939 y 1971, los OPI fueron regulados de forma homogénea por la Ley de la Ciencia en 1986, que otorgó el estatuto de OPI a los seis grandes centros de investigación adscritos a diversos ministerios: el Consejo Superior de Investigaciones Científicas CSIC, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas CIEMAT, el Instituto Geológico y Minero de España IGME, el Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial INTA, el Instituto Español de Oceanografía IEO y el Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias INIA. Posteriormente se unieron a estos seis centros el Instituto de Salud Carlos III ISCIII. Las capacidades científicas y tecnológicas de estos organismos, así como su tamaño y su estructura son muy diversas. Su financiación depende fuertemente de las transferencias de fondos públicos que reciben a través del Programa 46 de los Presupuestos Generales del Estado. A estos fondos se les suman los recursos propios capturados externamente a través de convocatorias públicas competitivas del Plan Nacional, de las convocatorias de las CCAA, de los servicios ofrecidos a las administraciones públicas y de los contratos obtenidos con el sistema privado.

Las funciones que la Ley de la Ciencia establece para estos organismos son las siguientes: •

• •

•

Gestionar y ejecutar los Programas Nacionales y Sectoriales que les sean asignados en el Plan Nacional y, en su caso, los derivados de convenios firmados con Comunidades Autónomas, así como desarrollar los programas de formación de investigadores que en dicho Plan les sean encomendados.

Contribuir a la definición de los objetivos del Plan Nacional y colaborar en las tareas de evaluación y seguimiento de los mismos.

Asesorar en materia de investigación científica e innovación tecnológica a los Organismos dependientes de la Administración del Estado o de las Comunidades Autónomas que lo soliciten.

Cualquier otra que les sea encomendada por la Administración competente.

En el Ministerio de Economía y Competitividad la Subdirección General de Coordinación de los Organismos Públicos de Investigación se encarga de la coordinación de sus actuaciones.

Los organismos siguientes están adscritos al Ministerio de Economía y Competitividad [1]: • • • • • • •

Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) Instituto Geológico y Minero de España (IGME) Instituto Español de Oceanografía (IEO) Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) Instituto de Salud Carlos III (ISCIII)

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Anexo XXV – Tecnología y sociedad

ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN: Averigua qué son las Instalaciones Científicas y Técnicas Singulares (ICTS), indica cuando fueron catalogadas como tal y busca cuales hay en tu comonidad, y realiza una descripción de ellas.

[1]

Ministerio de Economía. Organismos públicos de investigación: http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/menuitem.7eeac5cd345b4f34f09dfd1001432ea0/ ?vgnextoid=a6cbc18d48530210VgnVCM1000001034e20aRCRD

[2]

Ministerio de Economía. Instalaciones Científicas Singulares: http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/menuitem.6f2062042f6a5bc43b3f6810d14041a0 /?vgnextoid=39ecedd435c25210VgnVCM1000001d04140aRCRD

[3]

Laboratorio subterraneo de canfranc http://www.lsc-canfranc.es/es/ Laboratorio de miscroscoía avanzada http://ina.unizar.es/lma/

[4]

[5]

Nodo de la red española de supercomputación BIFI http://bifi.es/es/

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Anexo XXV – Tecnología y sociedad. Solución ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN: Averigua qué son las Instalaciones Científicas y Técnicas Singulares (ICTS), indica cuando fueron catalogadas como tal y busca cuales hay en tu comonidad, y realiza una descripción de ellas.

En el marco de la iniciativa Ingenio 2010, el Ministerio de Ciencia e Innovación elaboró en colaboración con las Comunidades Autónomas un Mapa Estratégico de Instalaciones Científicas y Técnicas Singulares (ICTS) que contempla la construcción de 24 nuevas instalaciones singulares científico-tecnológicas durante los próximos años, distribuidas por todo el territorio nacional, y la mejora de la capacidad y disponibilidad de las infraestructuras existentes.

En Aragón se encuentran tres Instalaciones catalogádas como ICTS: • • •

Laboratorio subterraneo de canfranc Laboratorio de microscopía avanzada Nodo de la red española de supercomputación

Ministerio de Economía. Instalaciones Científicas Singulares [2]

•

Laboratorio subterraneo de canfranc [3]

El Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) es una instalación científica subterránea situada junto al municipio de Canfranc (España). Está dedicada a la ciencia subterránea,

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Anexo XXV – Tecnología y sociedad. Solución especialmente a la investigación de la materia oscura y a la detección de sucesos poco probables, y por este motivo está instalada bajo el Pirineo aragonés. Está gestionada por un Consorcio formado por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España, la Diputación General de Aragón (DGA) y la Universidad de Zaragoza (UNIZAR).1 Las galerías para experimentos del Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) están excavadas en la roca a 850 metros de profundidad, debajo de la Montaña del Tobazo en la vertiente española de los Pirineos Aragoneses. La montaña filtra la radiación cósmica creando el “silencio cósmico” necesario para la investigación de sucesos naturales particulares como son la colisión con un átomo de neutrinos provenientes del cosmos o con partículas de la invisible “materia oscura”. Ellas forman el 85% de la masa del Universo, están alrededor nuestra pero no sabemos lo que son.

•

Laboratorio de microscopía avanzada [4]

El Laboratorio de Microscopía Avanzada (LMA) representa una iniciativa única a nivel nacional como internacional. El objetivo es proporcionar a la comunidad científica con el equipo existente más avanzada e infraestructuras en la sonda local y microscopía electrónica para la observación, caracterización, nanoestampación y manipulación de materiales a escala atómica, así como una amplia gama de herramientas científicas dedicadas a la caracterización, procedimientos de procesamiento y manejo en la escala nanométrica.

•

Nodo de la red española de supercomputación [5]

El Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI), es un centro de investigación perteneciente a la Universidad de Zaragoza, en España, cuyo principal objetivo es la aplicación de la computación a la física de sistemas complejos y los modelos biológicos.

[1]

Ministerio de Economía. Organismos públicos de investigación: http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/menuitem.7eeac5cd345b4f34f09dfd1001432ea0/ ?vgnextoid=a6cbc18d48530210VgnVCM1000001034e20aRCRD

[2]

Ministerio de Economía. Instalaciones Científicas Singulares: http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/menuitem.6f2062042f6a5bc43b3f6810d14041a0 /?vgnextoid=39ecedd435c25210VgnVCM1000001d04140aRCRD

[3]

Laboratorio subterraneo de canfranc http://www.lsc-canfranc.es/es/ Laboratorio de miscroscoía avanzada http://ina.unizar.es/lma/

[4]

[5]

Nodo de la red española de supercomputación BIFI http://bifi.es/es/

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Anexo XXVI – Tecnología y sociedad

La Fundación Española para la Ciencia y Tecnología, FECYT [1], es una fundación pública dependiente del Ministerio de Economía y Competitividad cuya misión es impulsar la ciencia, la tecnología e innovación, promoviendo su integración y acercamiento a la Sociedad, dando respuesta a las necesidades del Sistema Español de Ciencia, Tecnología y Empresa (SECTE).

Los fines de la Fundación son: • • • • •

Desarrollar instrumentos de participación privada a favor de la I+D+I. Ser instrumento adecuado para la divulgación de la ciencia y el incremento de la cultura científica.

Ser referente en las métricas de la ciencia y la innovación española.

Transformarse en el espacio de comunicación con la comunidad de científicos españoles en el exterior, como parte del Sistema.

Generar un conjunto de herramientas de gestión de la I+D+I al servicio de la Administración General del Estado.

Y los principios generales de la Fundación son: •

• •

Racionalización, mediante la coordinación, la especialización inteligente y la contención del gasto. Se procurará la obtención de sinergias mediante la colaboración con entidades públicas y privadas y también entre los diferentes sistemas públicos de I+D, evitando duplicidades, fomentando mejores prácticas y servicios y estructuras compartidas.

Transparencia, a través de la selección de compromisos de gasto o inversión en concurrencia competitiva y basada en criterios de calidad y coste.

Eficiencia, las actividades serán medidas en función de resultados obtenidos, poniendo en marcha mecanismos de evaluación interna y externa, aplicando en función de su resultado medidas de potenciación o corrección.

[1] Objetivos y actividades de Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología: Obtenido de FECYT: http://www.fecyt.es/fecyt/seleccionarMenu1.do?strRutaNivel1=;la32fundaci243n&tc=gobierno_consejos

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Anexo XXVII – Tecnología y sociedad La Ley de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación, de 1 de junio de 2011 establece los planes de Investigación Científica y Técnica y de Innovación como esenciales para el desarrollo por la Administración General del Estado de la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación.

En el diseño y elaboración del Plan han participado las distintas unidades de la Administración General del Estado, los agentes sociales, los centros públicos de investigación y las universidades, los centros tecnológicos y unidades de interfaz, las asociaciones empresariales, las plataformas tecnológicas existentes y expertos procedentes de la comunidad científica, técnica y empresarial, nacionales e internacionales, y ha contado además con la participación de las Comunidades Autónomas en la definición de los mecanismos de articulación y coordinación establecidos.

El Plan intenta incidir sobre aquellos factores que condicionan el futuro desarrollo y bienestar de la sociedad; en este sentido, las actividades de I+D+i se conciben para dar respuesta a los retos globales de la sociedad, lo que implica la realización coordinada de estas actividades.

Las áreas de trabajo fijadas en el Programa Estatal de Investigación orientada a los Retos de la Sociedad son: • • • • • • • •

Salud, cambio demográfico y bienestar Seguridad, calidad alimentaria, agricultura productiva y sostenible, sostenibilidad recursos naturales, investigación marina, marítima y de aguas interiores Energía, seguridad y eficiencia energética y energía limpia Transporte sostenible, inteligente e integrado Acción de cambio climático y utilización eficiente de recursos y materias primas Cambios e innovaciones sociales Economía y Sociedad digital Seguridad y protección de las libertades y derechos de los ciudadano

[1] Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016 http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/menuitem.7eeac5cd345b4f34f09dfd1001432ea0/?vgnextoid=83b192b9036c2210 VgnVCM1000001d04140aRCRD

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Anexo XXIIX – Tecnología y sociedad

Fundación Europea de la Ciencia (ESF) La Fundación Europea de la Ciencia (ESF) es una asociación europea no gubernamental de organismos financiadores de I+D, cuyo objetivo general es potenciar la investigación básica en Europa. Está compuesta por 79 organizaciones de 30 países: todos los países de la UE (excepto Letonia y Malta), junto con Noruega, Suiza, Islandia, Croacia y Turquía.

Las principales actividades y programas vinculados a la ESF y abiertos a la comunidad científica española son: • Investigación Europea en Colaboración (EUROCORES) • Proyectos Colaborativos en Ciencias Sociales (European

Collaborative Research Projects,

ECRP) • Programas de Redes de Investigación (Research Networking • Talleres Temáticos Exploratorios (Exploratory Workshops) • Conferencias • Prospectiva Científica (Forward Looks)

Programmes)

La ESF publica documentos sobre política científica sobre temas específicos así como los programas que gestionan, los cuales pueden ser de gran interés para la comunidad científica Por último, destacar que la ESF gestiona los premios de la Fundación Internacional Latsis que están abiertos a la comunidad científica española.

[1] Fundación Europea de la Ciencia: http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/menuitem.8ce192e94ba842bea3bc811001432ea0/?vgnextoid=84693b3dddb51210 VgnVCM1000001034e20aRCRD

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo XXIX

• •

Actividad de investigación OBJETIVO Ampliar la información sobre la Fundación Europea de la Ciencia.

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha.

1.- ¿Busca información y explica qué son los EUROCORES?. [1] 2.- ¿Qué son los European Collaborative Research Projects, ECRP?. Busca información y nombra dos proyectos realizados. [2] 3.- Explica cómo funcióna la Fundación Internacional Latsis. [3]

[1] http://www.esf.org/coordinating-research/eurocores.html [2] http://cordis.europa.eu/fp7/cooperation/ [3] http://www.latsis-foundation.org

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Anexo XXX – Tecnología y sociedad

Programa Marco El VII Programa Marco 2007-2013, dotado de un presupuesto de más de 50.500 millones de euros, es la manifestación más palpable de la política europea de investigación e innovación.

El VII Programa Marco tiene cuatro apartados: •

• •

•

Cooperación: Investigación colaborativa en sanidad, alimentación, agricultura, pesca, biotecnología, tecnologías de la información y la comunicación, energía, medio ambiente (incluido el cambio climático), transporte (incluida la aeronáutica), ciencias socioeconómicas y humanidades, espacio y seguridad. También se ocupa de nanociencias, nanotecnologías, materiales y nuevas tecnologías de producción.

Ideas: Creación del Consejo Europeo de Investigación, que financia la investigación en las fronteras del conocimiento.

Personas: Recursos humanos, incluidas becas para investigadores jóvenes, becas de formación permanente y promoción profesional, cooperación entre la industria y el mundo académico y premios a la excelencia.

Capacidades: Financiación de infraestructuras de investigación, actividades de I+D en las PYME, desarrollo de clusters de conocimiento e investigación y fomento de la ciencia en general.

Instituciones europeas de investigación Centro Común de Investigación (CCI) El Centro Común de Investigación (CCI) es una red de siete institutos de investigación repartidos por la UE. El CCI estudia la energía nuclear y su seguridad. Además, ha desarrollado una tecnología de teledetección de crisis alimentarias en países en desarrollo que podrían necesitar la ayuda de la UE.

Consejo Europeo de Investigación (CEI) El Consejo Europeo de Investigación (CEI) apoya la "investigación en las fronteras del conocimiento", que anima a los mejores y más creativos entre los científicos, académicos e ingenieros a rebasar las fronteras del conocimiento establecidas y los límites entre las distintas disciplinas. Este nuevo planteamiento de investigación defiende la importancia crítica de la investigación básica en la ciencia y la tecnología para el bienestar económico y social, al tiempo que concibe la investigación al límite de nuestra comprensión e incluso más allá como un empeño intrínsecamente arriesgado que permite avanzar en ámbitos de investigación nuevos y más estimulantes. El enfoque del CEI, definido e impulsado por los propios investigadores, permite a estos últimos reconocer nuevas oportunidades y establecer la dirección a seguir en cualquier ámbito de la investigación, en lugar de atender a las prioridades fijadas por los políticos.

Instituto Europeo de Innovación y Tecnología Su cometido es plasmar los proyectos de investigación en aplicaciones comerciales mediante la creación de comunidades de conocimiento e innovación.

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Anexo XXX – Tecnología y sociedad Se trata de un nuevo modelo de colaboración entre universidades, organismos de investigación, empresas, fundaciones y otras entidades. Entre sus prioridades actuales figuran el cambio climático, las fuentes de energía renovables y la próxima generación de tecnologías de la información y la comunicación.

Horizonte 2020 – Financiación de la investigación y la innovación en 2014-2020 La innovación ocupa un lugar prominente en la estrategia de la UE para generar crecimiento y empleo para 2020.

Se ha animado a los países miembros a que, para 2020, inviertan un 3% del PIB en I+D (1% de financiación pública y 2% de inversión del sector privado). Con esta medida se espera crear en torno a 3,7 millones de puestos de trabajo y aumentar el PIB anual de la UE en cerca de 800.000 millones de euros.

La iniciativa de la UE Unión por la Innovación centra los esfuerzos europeos —y la cooperación con los países que están fuera de la UE— en los grandes retos de nuestro tiempo: energía, seguridad alimentaria, cambio climático y envejecimiento de la población. Recurre a la intervención del sector público para estimular el sector privado y eliminar los obstáculos que impiden que las ideas lleguen al mercado, incluida la falta de crédito, unos mercados y sistemas de investigación fragmentados, un uso deficitario de la contratación pública para favorecer la innovación y la lentitud en la fijación de normas.

La UE también está trabajando para crear un Espacio Europeo de Investigación único, en el que los investigadores puedan trabajar en cualquier lugar de la UE y en el que se potencie y apoye la cooperación transfronteriza.

El nuevo programa de la UE para 2014-2020, Horizonte 2020, combinará toda la financiación que actualmente se destina a la investigación y la innovación a través de: •

los Programas Marco de Investigación y Desarrollo Tecnológico

•

las actividades relacionadas con la innovación correspondientes al Programa Marco para la Innovación y la Competitividad (PIC)

•

el Instituto Europeo de Innovación y Tecnología (EIT)

Sus objetivos son: •

consolidar la posición de la UE en cuanto a ciencia (24.500 millones de euros), lo que incluye la financiación (+77%) destinada al Consejo Europeo de Investigación (CEI)

•

consolidar el liderazgo industrial en innovación (17.900 millones de euros), lo que incluye la inversión en tecnologías fundamentales, mayores facilidades para acceder al capital y apoyo a las pequeñas empresas

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Anexo XXX – Tecnología y sociedad •

abordar las cuestiones que más preocupan, como el cambio climático, el transporte sostenible, las energías renovables, la seguridad alimentaria o el envejecimiento de la población (31.700 millones de euros).

Horizonte 2020 tratará de: • garantizar que los avances tecnológicos se traduzcan en productos viables con

auténtico potencial comercial, al asociar a los sectores público y privado • intensificar la cooperación internacional en materia de investigación e

innovación, al estimular la participación de organizaciones y países no miembros de la UE • seguir desarrollando el Espacio Europeo de Investigación

|1] Programa Marco: http://europa.eu/pol/rd/index_es.htm

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo XXXI

• •

Actividad de investigación OBJETIVO

1.- ¿En qué consiste el programa MARCO?

Ampliar la información sobre el programa europeo MARCO.

2.- Busca información, cita y explica en qué consisten al menos tres proyectos financiados desde 1990 hasta la actualidad. [1]

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha.

[1] http://cordis.europa.eu/fp7/home_es.html

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Anexo XXXII – Tecnología y sociedad

Espacio Europeo de Investigación La importancia de la investigación es muy alta ya que según las previsiones de la UE nuestro nivel de vida dependerá de la capacidad de potenciar la innovación en productos, servicios, empresas y procesos sociales, así como en modelos. De ahí que la innovación ocupe un lugar destacado en la estrategia Europa 2020, con su iniciativa emblemática Unión por la Innovación. Esta estrategia consiste en animar a los países miembros a que, para 2020, inviertan un 3% del PIB en I+D (1% financiación pública y 2% inversión del sector privado). Se calcula que con esta medida se pueden crear en torno a 3,7 millones de puestos de trabajo y aumentar el PIB anual en cerca de 800.000 millones de euros.

La Unión por la Innovación centrará los esfuerzos europeos —y la cooperación con los países que están fuera de la UE— en los grandes retos mencionados anteriormente. Empleará la intervención del sector público para estimular el sector privado y eliminar los obstáculos que impiden que las ideas lleguen al mercado, incluida la falta de financiación, unos mercados y sistemas de investigación fragmentados, un uso deficitario de la contratación pública para favorecer la innovación y la lentitud en la fijación de normas.

Cómo lograr que el EEI funcione a pleno rendimiento El Espacio Europeo de Investigación se ideó con el propósito de aumentar la coherencia y el impacto de la investigación europea. En su documento fundacional, Hacia un Espacio Europeo de Investigación, se citan varios de los retos concretos que se quieren superar.

Entre ellos se incluye una mejor utilización de las instalaciones y los recursos científicos europeos, una mayor participación de la inversión privada en I+D y un aumento de los recursos humanos y de la movilidad de los investigadores, así como la creación de unas condiciones más propicias para un espacio de investigación de “valores compartidos”.

En el centro de sus metas se encuentra el deseo del EEI de agrupar los recursos y los conocimientos dispersos, de manera que se puedan emprender proyectos importantes y beneficiosos para todos. A través de la mejora de los intercambios y la coordinación de la información, se podrán reducir los trámites burocráticos e incrementar así la eficacia en el proceso administrativo.

La importancia de los recursos humanos Con ánimo de consolidar el EEI, la Comisión publicó un documento titulado Realización del “Espacio europeo de investigación”: orientaciones para las acciones de la Unión en el ámbito de la investigación, que también sirvió para ayudar a configurar el 6° Programa Marco de investigación.

Entre otras cosas, el documento subraya la importancia de interconectar los programas nacionales de investigación y el valor de coordinar y dirigir proyectos e infraestructuras de carácter comunitario. Asimismo, hace hincapié en el papel fundamental que desempeñan los recursos humanos (esto es, las mujeres y la ciencia, las cuestiones relacionadas con la movilidad de los investigadores, la ciencia y los jóvenes) a la hora de dar un nuevo ímpetu a la ciencia y la tecnología europeas en una Unión ampliada.

[1] Espacio Europeo de Investigación: http://ec.europa.eu/research/leaflets/enlargement/index_es.html

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UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo XXXIII

• •

Actividad de investigación OBJETIVO Ampliar la información sobre los proyectos de investigación en Europa y su importancia para el futuro.

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

LA

Busca información sobre las preguntas formuladas y luego, siguiendo las instrucciones de tu profesor, contrasta tus opiniones con el resto de tus compañeros de clase.

1.- ¿Por qué crees que la inversión en investigación es importante?

2.- ¿Qué crees que ocurriría si desaparecieran los programas de financiación de investigaciones?

3.- La innovación de los nuevos investigadores provenientes de las nuevas generaciones, contribuyen a un próspero desarrollo de proyectos que mejoren nuestra calidad de vida. ¿Se te ocurre algún problema actual que pueda ser investigado para ser resuelto?. Debate en el aula.

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Anexo XXXIV – Tecnología y sociedad

Ciencia y tecnología en el mundo actual.

La ciencia y la tecnología en España se entienden como el conjunto de políticas, planes y programas llevados a cabo por el Ministerio de Educación y Ciencia y otros organismos orientadas a la investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) en España, así como las infraestructuras e instalaciones científicas y tecnológicas españolas. España se ha situado como novena potencia científica mundial con el 2,5% de total de publicaciones científicas, de esta manera España ha superado a Rusia por primera vez en el ranking mundial de producción científica y se ha situado por encima de Suiza y Australia en calidad científica.

Dentro de la Unión Europea encontramos los siguientes centros de investigación: •

• •

• •

•

Comisión Europea o Dirección General de Empresa e Industria e investigación espacial o Investigación e Innovación o Centro Común de Investigación o VII Programa Marco Parlamento Europeo o Comisión de Industria, Investigación y Energía Consejo de la Unión Europea o Competitividad: Mercado Interior, Industria e Investigación o COST (Cooperación Europea en el Campo de la Investigación Científica y Técnica) Comité Económico y Social Europeo o Sección de Mercado Único, Producción y Consumo Comité de las Regiones o Comisión de Educación, Juventud, Cultura e Investigación (EDUC) Agencias de la UE o Agencia Ejecutiva del Consejo Europeo de Investigación o Agencia Ejecutiva de Investigación

España participa en varios programas y organismos científicos internacionales. El beneficio obtenido de esta participación tiene una doble vertiente: por un lado, los científicos españoles pueden usar las instalaciones para el desarrollo de sus proyectos; por otro lado, el tejido empresarial tiene la oportunidad de realizar importantes contratos empresariales.

Algunas de las instancias en las que España participa son: • • • • • • •

Agencia Espacial Europea.

Laboratorio Europeo para la Física de Partículas.

Laboratorio Europeo de Biología Molecular.

Instalación Europea de Radiación Sincrotrón.

Institut Laue-Langevin.

ISIS, fuente pulsada de neutrones y muones.

CERN

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Anexo XXXIV – Tecnología y sociedad

En el Espacio España cuenta con seis satélites, cuatro de ellos son de uso civil: • • • •

Hispasat 1B Hispasat 1C Hispasat 1D Amazonas

Y otros dos de uso preferentemente militar: • •

Xtar-Eur Spainsat

Son todos controlados desde la base de Arganda del Rey en Madrid.

En la actualidad Estamos en la sociedad del conocimiento y algunos grandes avances, nuevos inventos y descubrimientos progresarán exponencialmente. Las universidades más prestigiosas como el MIT ya identifican "lo último" y más nuevo en tecnología e investigación.

La biología (biotecnología), nanotecnología e infotecnología tienen y tendrán un protagonismo importante en los últimos progresos y adelantos alcanzados. En pocos años, la innovación tecnológica puede hacer posible hasta una segunda revolución industrial con la construcción de nanomáquinas. Las presentamos las novedades científicas más importantes a nuestros usuarios, desde la mecatrónica a las redes de sensores.

Las diez tecnologías avanzadas que cambiarán el mundo (según el MIT) [1] 1. Redes de sensores sin cables (Wireless Sensor Networks) 2. Ingeniería inyectable de tejidos (Injectable Tissue Engineering) 3. Nano-células solares (Nano Solar Cells) 4. Mecatrónica (Mechatronics) 5. Sistemas informáticos Grid (Grid Computing) 6. Imágenes moleculares (Molecular Imaging) 7. Litografía Nano-impresión (Nanoimprint Lithography) 8. Software fiable (Software Assurance) 9. Glucomicas (Glycomics) 10. Criptografía Quantum (Quantum Cryptography)

[1] Las 10 tecnologías que cambiarán http://www.euroresidentes.com/futuro/avances_previsibles.htm

el

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mundo.

Obtenido

de

Euroresidentes.com:

UNIDAD DIDÁCTICA CONTROL Y ROBÓTICA

Anexo XXXV

• •

Actividad de investigación OBJETIVO Ampliar la información sobre los proyectos de investigación en el mundo.

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo de la imagen.

1.- Como hemos visto a lo largo de este unidad y en la parte del tema, la innovación no para de crecer y de demostrar que es el futuro del mundo. En el anexo anterior has visto las 10 tecnologías que cambiarán el mundo según el MIT [1].

Ejemplifica al menos 5 de las 10 que hemos visto.

[1] Massachusetts Institute of Technology. MIT: http://www.mit.edu/

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