Autor: Luis Rodríguez Quiroz. Unidad de Ensayos y Mediciones Eléctricas Especiales – ENINSEL. Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CIES). FIIIDT.
Introducción
La convergencia de enfoques tecnológicos de gran potencial transformador como la inteligencia artificial, el Internet de las cosas, la impresión 3D, la robótica y la nanotecnología, están generando el surgimiento de un nuevo orden empresarial identificado como la Cuarta Revolución Industrial.
La edición 2016 del Foro Económico Mundial en Davos (Suiza), tuvo como tema principal “los desafíos de la cuarta revolución industrial”, entre las conclusiones aportadas por la reunión están que “el cambio tecnológico, la conectividad, el internet de las cosas y la brecha digital determinarán el futuro del mundo del mañana. Más de una profesión se encuentra en peligro, un campanazo de alerta que debería ser escuchado en medio de los temores por los elevados índices de desempleo en varias latitudes.” En este Foro se analizó el impacto transformador, disruptivo y sin precedentes de la cuarta revolución industrial en todos los ámbitos de la sociedad global, cuyo tejido empresarial experimentará tasas exponenciales de transformación; afrontará el progresivo desplazamiento de su masa laboral por tecnologías inteligentes, e incorporará nuevos modelos operativos y de negocios.
Para países que como Venezuela tienen una economía altamente dependiente del comportamiento de variables exógenas, significa que se hace pertinente identificar las implicaciones económicas, sociales, medioambientales y políticas de estos fenómenos mundiales, que por sus características intensivas en tecnología, amplían cada vez más la brecha entre países desarrollados y los de ingresos medios.
Las revoluciones industriales
Las revoluciones industriales son fenómenos económico-sociales que transforman profunda y sustancialmente a la humanidad. Son procesos que modifican las maneras de producir bienes, que cambian las formas, modos, relaciones de vida de los hombres, e inclusive las visiones sobre el mundo y las ideas de las personas. Las revoluciones industriales comportan, por lo tanto, un cambio cualitativo de alcance universal, según el cual se modifican las condiciones técnicas y sociales de producción.
Comenzando a finales del siglo 18 con el surgimiento de la energía de vapor y la invención del telar eléctrico, la primera revolución industrial marcó el comienzo de la mecanización y de manera radical cambió cómo los bienes eran fabricados. A finales del siglo 19, la electricidad y las líneas de ensamblaje hicieron posible la producción en masa, dando origen a la segunda revolución, muchos citan la tercera revolución comenzando en los años 1970, cuando los avances en la computación nos permitieron programar máquinas y redes, potenciando la automatización y la robótica. Más recientemente, con la que ha sido llamada “industria 4.0” y es considerada ya como la “Cuarta Revolución Industrial”, debido a su potencial y beneficios relacionados con la integración, innovación y autonomía de los procesos. Los conceptos de industria 4.0 y manufactura inteligente, son relativamente nuevos y contemplan la introducción de las tecnologías digitales en la industria de la fabricación. Es decir, la incorporación al ambiente de manufactura de tecnologías como el internet de las cosas, cómputo móvil, la nube, el big data, redes de sensores inalámbricos, sistemas embebidos y dispositivos móviles, entre otros
Desde el punto de vista de las tecnologías empleadas y su complejidad, las revoluciones industriales se pueden clasificar como se muestra en el gráfico:
La cuarta revolución industrial o “Industria 4.0”
Industria 4.0 significa la cuarta en una serie de revoluciones industriales, que están caracterizadas por su capacidad para transformar economías, trabajos e incluso la sociedad misma mediante la introducción de nuevas tecnologías y procesos.
La cuarta revolución industrial (4RI) se está construyendo sobre los avances de la tercera revolución industrial (3RI) que ha estado ocurriendo desde mediados del siglo pasado. Se caracteriza por una fusión de tecnologías que está borrando las líneas entre las esferas de lo físico, lo digital y lo biológico. Supone una agresiva implantación de tecnologías emergentes en el ámbito organizacional que facilitarán el acceso a múltiples oportunidades de transformación. Según Klaus Schwab, la 4RI plantea una revolución tecnológica que alterará de forma estructural la forma en que vivimos, trabajamos y nos relacionamos, pues “[…] en su escala, alcance y complejidad, esta transformación no será nada parecido a lo que la humanidad haya experimentado antes”.
Esto no significa, como lo explica Klaus Schwab, que la 4RI sea una prolongación de la 3RI, lo que puede explicarse a partir de los siguientes aspectos:
Velocidad: la velocidad de los cambios actuales no tiene precedentes. Comparada con las anteriores revoluciones, ha roto la linealidad y está evolucionando exponencialmente incorporando nuevos desafíos a la industria de los países más desarrollados y modificando completamente los sistemas de producción, gestión y gobernabilidad.
Alcance: las posibilidades que supone que miles de millones de personas se encuentren conectadas por dispositivos móviles —con un poder inédito de procesamiento, capacidad de almacenamiento y acceso al conocimiento— son ilimitadas. Estas posibilidades se multiplicarán con los avances tecnológicos emergentes en campos como la inteligencia artificial, la robótica, el Internet de las Cosas, vehículos autónomos, impresión 3D, nanotecnología, biotecnología, la ciencia de materiales, almacenamiento de energía y la computación cuántica.
Impacto en el sistema global: en la actualidad, la inteligencia artificial está por todas partes, desde los vehículos autónomos y aviones no tripulados (drones) hasta los asistentes virtuales y el software que traduce idiomas o invierte en la bolsa. Se han logrado grandes progresos en este campo en los últimos años debido a incrementos exponenciales en la potencia de cálculo y la disponibilidad de grandes cantidades de datos (Big Data), desde el software utilizado para descubrir nuevos fármacos a los algoritmos para predecir nuestros intereses culturales. Mientras tanto, las tecnologías de fabricación digital están interactuando con el mundo biológico de forma diaria. Ingenieros, diseñadores y arquitectos están combinando diseño computacional, la manufactura incremental, la ingeniería de materiales y la biología sintética para lograr avances pioneros de una simbiosis entre los microorganismos, nuestros cuerpos, los productos que consumimos, e incluso los edificios que habitamos.
Ante este panorama, como lo afirma Brian Householder, President and Chief Operating Officer, Hitachi Vantara, “Nuestro desafío está en movernos hacia la siguiente fase –cambiar cómo pensamos, entrenamos y trabajamos usando datos– para crear valor a partir de los hallazgos obtenidos mediante tecnologías avanzadas.”
Características de la cuarta revolución industrial
En el estudio realizado por Ynzunza Cortés, et al, en “El entorno de la industria 4.0: Implicaciones y Perspectivas Futuras”, esquematiza los componentes de la industria 4.0 y la arquitectura tecnológica y de soporte que forma parte de la industria 4.0 y la manufactura inteligente, así como algunos de los beneficios que han sido vinculados a éstas.
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Industria 4.0 |
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Fábricas inteligentes |
Ciudades inteligentes |
Productos inteligentes |
Servicios inteligentes |
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Artefactos tecnológicos integrados |
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Sensores, microchips, sistemas autónomos, sistemas ciber físicos, máquinas autónomas |
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Características |
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Inteligencia, flexibilidad, conectividad, seguridad, confiabilidad, trazabilidad, movilidad, colaboración, sociabilidad, sustentabilidad |
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Principios de diseño |
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Integración, Interoperabilidad, Virtualización, Descentralización, Capacidades de tiempo real, Orientación al servicio, Modularidad |
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Arquitectura de soporte |
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Internet de las cosas (IoT), Identificación por radiofrecuencia (RFID), Redes industriales, Cómputo de alto desempeño (HPC), Cómputo móvil, la Nube y el Internet de los Servicios (infraestructura IaaS, plataformas tecnológicas (PaaS) y software (SaaS) como servicio), Big data y analítica avanzada |
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Beneficios |
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Producción orientada a la demanda, uso más eficiente de los recursos, productividad, reducción de costos, ciclo de desarrollo de productos más cortos, mayor competitividad, optimización de los procesos, autonomía en la toma de decisiones y cadena de suministros más integradas |
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Perspectivas bajo la industria 4.0
La metrología en la cuarta revolución industrial
En la actualidad, las áreas tradicionales de la industria han evolucionado hacia una mayor complejidad, requiriendo tolerancias de fabricación más exigentes y rangos de medida más amplios con menores incertidumbres; por otro lado, han surgido nuevas áreas tecnológicas, tales como la nanotecnología y la biotecnología, al tiempo que áreas que no son nuevas en sí mismas, como la química, la medicina y la seguridad alimentaria requieren importantes aportaciones de la metrología. Sin embargo, para que se produzca un efectivo progreso en dichas áreas se requiere un mayor esfuerzo en investigación y desarrollo de patrones y métodos de medida trazables al Sistema Internacional de Unidades, SI y al desarrollo y actualización del propio SI.
Hasta hace poco, la metrología se relacionaba prácticamente solo con la física y la ingeniería, sin embargo, el rápido desarrollo de la tecnología y la necesidad general de mediciones mejores y más fiables ha exigido nuevas demandas a la metrología clásica. En muchos dominios como la metrología dimensional, las medidas eléctricas, ópticas y de presión o el dominio del tiempo y la frecuencia, las exigencias de exactitud se han venido multiplicando, en los últimos cincuenta años, por diez, cada diez o veinte años según el campo. Esta progresión no se está deteniendo, sino que se incrementa, como en el caso de los patrones de tiempo y frecuencia, base de los sistemas de navegación y posicionamiento actuales.
Otra frontera de reciente exploración para la metrología; es el caso de la denominada «soft-metrology», que tal vez se podría traducir como metrología de las “sensaciones”, centrada en la medida de parámetros asociados a la percepción humana. En esta nueva metrología, el ser humano es considerado como un transductor, centrándose los trabajos en la creación de escalas, la selección de expertos en sensaciones, la definición de sensibilidad, repetibilidad y reproducibilidad y la comparabilidad de métodos. La medida de la utilidad del software o del confort o de la satisfacción del cliente son ejemplos dentro de este campo, sin olvidar el color, gusto u olor, o parámetros econométricos y sociométricos como la imagen o la audiencia.
La nanometrología, uno de los campos más desafiantes para la metrología
La ciencia de la medición a nanoescala se llama nanometrología. Su aplicación sustenta todas las nanociencias y nanotecnologías. La capacidad de medir y caracterizar materiales (determinar su tamaño, forma y propiedades físicas) a nanoescala es vital si se van a producir nanomateriales y dispositivos con un alto grado de precisión y fiabilidad y se van a realizar las aplicaciones de las nanotecnologías.
Como ocurre con todas las mediciones, la nanometrología es esencialmente una tecnología transversal o habilitadora. Las nanotecnologías, independientemente de cómo se definan, no pueden progresar independientemente del progreso en nanometrología. Aparte de su influencia directa en la investigación científica y su aplicación, las soluciones desarrolladas para los problemas de nanometrología a menudo se pueden aprovechar en otros lugares. Por ejemplo, el concepto de AFM, una herramienta de nanometrología clave, ha tenido una influencia directa en los procesos litográficos y las técnicas de manipulación molecular.
La realización de mediciones con precisión a nanoescala plantea varias dificultades importantes. Las fluctuaciones ambientales como la vibración o el cambio de temperatura tienen un gran efecto a nanoescala. Por ejemplo, cualquier cambio externo en las grandes máquinas utilizadas en la fabricación de componentes microelectrónicos afectará la creación de características a nanoescala y su alineación de importancia crucial entre sí. La capacidad de medir estas influencias y, a partir de entonces, de minimizarlas, es por tanto vital.
Sin estándares acordados, las herramientas o máquinas no pueden calibrarse a escala nanométrica. Por lo tanto, los laboratorios y las plantas de fabricación aún no pueden intercambiar o comparar datos o componentes físicos.
Más aun, los estándares de salud y seguridad no se pueden establecer para requisitos legales. La caracterización de nanopartículas por tamaño, distribución de tamaño y forma también carece de métodos formales. Por tanto, el desarrollo de técnicas e instrumentos para calibrar a escala nanométrica es uno de los campos más activos de la investigación metrológica.
Alguno de las técnicas e instrumentos utilizados en nanometrología son las técnicas de haz de electrones, utilizadas para investigar la estructura interna de micro y nanoestructuras. Técnicas de sonda de barrido, el método proporciona información estructural y electrónica de superficie con resolución atómica. Pinzas ópticas o trampa de gradiente de haz simple, utilizan un rayo láser y permiten medir pequeñas fuerzas y desplazamientos interatómicos. Las muestras que se pueden analizar van desde átomos individuales y esferas de tamaño micrométrico hasta hebras de ADN y células vivas.
La metrología que viene
Los campos de investigación en los que los principales Institutos Nacionales de Metrología (INM) se encuentran trabajando y, en los que se prevén cambios científicos –técnicos relevantes son:
- Constantes Fundamentales
- Definición de unidades del SI. Materialización patrones
- Metrología dimensional e ingeniería de fabricación
- Nanometría y microsistemas
- Radiometría
- Metrología cuántica y óptica
- Medidas dinámicas
- Metrología en química
- Medicina molecular
- Biotecnología
- Metrología en nuevos materiales
- Software
Los retos que plantea la Metrología 4.0 para nuestros países son enormes y no se pueden afrontar de manera individual, sino de manera conjunta y solidaria con los países del área e instituciones metrológicas de clase mundial a través de convenios y alianzas estratégicas.
Valqui, A, (2019) en su trabajo “Metrología 4.0: desafíos de la transformación digital para la metrología en América Latina y el Caribe” encomendado por el Banco Interamericano de Desarrollo (BID), señala una hoja de ruta que deben desarrollar los INM de América Latina y el Caribe. Estos temas son los siguientes:
- capacidades metrológicas para asegurar la trazabilidad de los instrumentos de medición de las TI de última generación;
- capacidades metrológicas para nuevos instrumentos y sistemas de medición de la industria 4.0, como mediciones embebidas en las máquinas, redes de sensores, impresión 3D, entre otros;
- conceptos metrológicos para big data y para asegurar la calidad de los datos de mediciones que aportan a los sistemas de big data;
- capacidades metrológicas para la realización de mediciones virtuales y simulaciones;
- conceptos metrológicos como el certificado de calibración digital y la ciberseguridad;
- ofertas metrológicas para diferentes sectores como la industria 4.0, transporte, salud, energía (renovables), medio ambiente, etcétera.
Como se puede apreciar los retos de los Institutos de Metrología de los países de Latinoamérica y el Caribe para esta centuria, son enormes. Nadie nos va a esperar, ni va a realizar el trabajo por nosotros, lo cual significa que de debemos convocar a los mejores, planificar con sabiduría e invertir con generosidad en esta área que en Venezuela ha sido tradicionalmente tan olvidada.
REFERENCIAS
[1] Schwab, Klaus. (2016). La Cuarta Revolución Industrial. Editorial DEBATE. <http://40.70.207.114/documentosV2/La%20cuarta%20revolucion%20industrial-Klaus%20Schwab%20(1).pdf >
[2] Cortés, Ynzunza et al. (2017). El Entorno de la Industria 4.0: Implicaciones y Perspectivas Futuras. Conciencia Tecnológica, núm. 54, 2017. México
[3] PTB mitteilungen. (2016). Experimentos para el nuevo SI, el Sistema Internacional de Unidades Edición Especial. 126. año, número 2, junio 2016.
[4] Del Campo Maldonado, M; Robles Carbonell, J. (2012). La metrología, motor de innovación tecnológica y desarrollo industrial. e-medida. La Revista Española de Metrología. Febrero 2012
[5] The Royal Society. (2004). Nanoscience and nanotechnologies. The Royal Society & The Royal Academy of Engineering. 2004
[6] Valqui, A, et al. (2019). Metrología 4.0: desafíos de la transformación digital para la metrología en América Latina y el Caribe. Nota técnica del BID N° IDB-TN-1765
Contacto: luis.rodriguez.quiroz@gmail.com