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La evolución de la fabricación durante casi 250 años ha ido acompañada de una búsqueda del aumento del nivel de productividad. Este incremento no es constante ni contínuo, ya que llega un punto en el que no se puede producir más con los mismos activos y personas o, como lamentablemente se está viviendo, factores como una pandemia mundial, genera una crisis global que impacta en la cadena de suministro, corta actividades básicas para continuar con la producción o encierra en sus casas durante un tiempo a los propios trabajadores. Ante este escenario, las empresas manufactureras están apostando por la tecnología y por la interiorización de la “Industria 4.0 y el futuro de la producción» como solución.
Según la consultora McKinsey, la Industria 4.0 tendrá un impacto económico de 3,7 billones de dólares para 2025. Lo ideal es caminar hacia una producción lo más automatizada posible que requiera una mínima intervención humana y todo esto se consigue convirtiendo las factorías en fábricas inteligentes o smart factories. Concepto que ya se ha explicado en temas anteriores. Pensar en Industria 4.0 significa adoptar los cambios que se pueden hacer hoy para hacer posibles mayores transformaciones en el futuro.
Aprovechar las tecnologías de automatización, los sistemas inteligentes y la conectividad. Esto para crear una infraestructura que allanará el camino para un mayor uso de la automatización en el futuro. En el caso de la producción y fabricación, hablar de futuro es hablar de tecnologías como la impresión 3D y de nuevos materiales inteligentes. La inclusión de estos nuevos materiales inteligentes traen consigo el concepto de la impresión 4D. Un concepto que parte de la misma base que la impresión aditiva 3D, pero donde se cambian los materiales utilizados normalmente en esta (plástico, metal, etc.); son reemplazados por otros que son llamados materiales inteligentes.
Tipos de materiales inteligentes
A continuación presentan los diferentes tipos de materiales inteligentes. Aunque su evolución e investigación en ellos sigue creciendo y, por supuesto, se espera la aparición de nuevos tipos:
- Materiales piezoeléctricos: estos materiales pueden convertir la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa. Por ejemplo, cambian su forma en respuesta a un impulso eléctrico o producen una carga eléctrica en respuesta a la tensión mecánica aplicada.
- Materiales magnetostrictivos: similar a los materiales piezoeléctricos que responden a los cambios producidos por campos eléctricos. Esta clase de materiales responde a los cambios producidos por los campos magnéticos y puede funcionar como un actuador o un sensor.
- Los materiales fotoactivos: este tipo de materiales, por ejemplo, emiten luz cuando se alimentan con impulsos eléctricos. Después de que la fuente de energía inicial haya desaparecido, o reflejan la luz con mayor intensidad.
- Hidrogeles: los hidrogeles pueden absorber hasta 1000 veces su volumen en agua. Después de que esta agua ha sido absorbida, se puede liberar cuando su entorno está seco. Los cambios de temperatura o pH también pueden hacer que el hidrogel libere agua. Los hidrogeles se pueden adaptar para absorber y retener agua, u otros líquidos, bajo ciertas condiciones ambientales. Los hidrogeles han existido durante mucho tiempo, por ejemplo, en pañales desechables.
- Materiales con memoria en su forma: estos materiales pueden cambiar la forma, incluso volviendo a su forma original. Esto cuando se exponen a un estímulo como una fuente de calor.
- Los materiales cromoactivos: cambian de color cuando se someten a una cierta variación en la temperatura, la luz, la presión, etc.
- Materiales sensibles a la luz (fotocromáticos): los pigmentos fotocromáticos cambian de color en presencia de luz. Dependiendo de su química, los pigmentos pueden variar en varios rangos de color a diferentes velocidades.
Impacto de los materiales inteligentes en los diferentes sectores
El mercado de los materiales inteligentes y de la industria 4D se está definiendo como un mercado de constante crecimiento. Las previsiones indican que esta industria represente un valor superior a los 537 millones de dólares para 2025; además que experimente un crecimiento del 42,95 por ciento entre 2019 y 2025. La demanda de este tipo de materiales surge de la, cada vez más creciente, necesidad de reducir el peso, el tamaño y la complejidad de los componentes. Así como de mejorar la flexibilidad, la funcionalidad y la consistencia del diseño. Como muestra del crecimiento que está experimentando la aplicación de este tipo de materiales en diferentes sectores económicos e industriales; se pueden citar los siguientes ejemplos:
Sector moda / retail
Se están empleando materiales inteligentes para diseñar zapatillas deportivas. Estas con una suela que se adapte al tipo de suelo por el que se va corriendo o andando (pavimento mojado o seco, etc.) para mejorar su agarre.
Sector medicina y sanidad
Se están diseñando, por ejemplo, «stents autoensamblables” para reducir los tiempos de cirugía y mejorar la evolución del paciente. Tres niños norteamericanos con anomalías de respiración, se les introdujeron unas férulas para abrirles la tráquea (estos dispositivos se fueron adaptando a los menores durante su crecimiento y, finalmente, se disolverán cuando cumplan su misión). Se están creando materiales biológicos programables que pueden cambiar la forma y las propiedades y tejidos programables. Mismos que podrían utilizarse en tratamientos específicos con precisión para una serie de enfermedades.
Sector de la construcción
Es posible imaginar muros que ajustan de manera automática su espesor durante las diferentes estaciones del año para adaptar su aislamiento o en determinadas franjas horarias. Se podrá aplicar en estructuras más complejas e inteligentes con capacidad de adaptarse a condiciones extremas de temperatura o ante la presencia de actividad sísmica. El programa Engineered Living Materials (ELM) de la Agencia DARPA está examinando actualmente la tecnología 4D para desarrollar «biomateriales vivos» que combinan las propiedades estructurales de los materiales de construcción tradicionales con la capacidad de crecer, autorrepararse y adaptarse rápidamente al medio ambiente.
En su página web, DARPA afirma que: ELM tiene como objetivo específico desarrollar herramientas y métodos de diseño que permitan la ingeniería de características estructurales en sistemas celulares que funcionan como materiales vivos, abriendo así un nuevo espacio de diseño para la tecnología de construcción. El programa tiene como objetivo validar estos nuevos métodos a través de la producción de materiales vivos que pueden reproducirse, autoorganizarse y autorrepararse.
En el caso de infraestructuras urbanas, por ejemplo, se pueden imaginar sistemas de tuberías que cambiaran de forma automática su diámetro en respuesta al flujo y a la demanda de agua o carreteras que cambien sus propiedades para favorecer la absorción de agua cuando llueva o incrementar la fricción de los coches para aquellos vehículos que vayan demasiado rápido.
Sector defensa
El Centro de Investigación del Ejército de los Estados Unidos está desarrollando una variedad de aplicaciones, incluyendo un uniforme de soldado que puede alterar su camuflaje o proporcionar una protección más eficaz contra gases venenosos o metralla al contacto.
Sector aeronáutico
Por ejemplo, la empresa Airbus está investigando en la utilización de material «inteligente» que reacciona a la temperatura de los motores y alas que puedan experimentar cierta transformación en función de las condiciones aerodinámicas para disminuir la resistencia al aire. Esta nueva tecnología está en pleno comienzo de su explosión, con una proyección de al menos una década para su implantación en gran escala. Pese a su inmadurez, ya existen algunas pruebas de concepto y proyectos pilotos que demuestran la eficacia y el potencial como los ejemplos que se ha citado de los diferentes sectores.
Industria 4.0 y el futuro de la producción: desarrollo y evolución industrial
El desarrollo de la evolución son caminos sin freno en la historia de la humanidad. A través de cada una de las diferentes revoluciones industriales que han sucedido se han estructurado diferentes estrategias que permiten este progreso constante. Además de ello, esto ha permitido una adecuada planificación, eliminando así errores en cada una de las etapas de los procesos evolutivos que han sucedido a lo largo del tiempo hasta la modernidad.
TECH Universidad Tecnológica amplía a diario su portafolio educativo, abarcando así mayor interés en los profesionales modernos de diferentes campos. Caso ejemplo de ello es su Facultad de Informática, donde destacan posgrados tales como el Máster en Ingeniería de Software y Sistemas de Información y el Máster en Tecnología Específica de Telecomunicación. A pesar de ser excelentes opciones para el profesional de este campo, si el mismo busca complementar sus conocimientos en el ámbito de la nueva revolución tecnológica, no cabe duda que su mejor elección será optar por tomar el Máster en Industria 4.0 y Transformación Digital.
