¿Qué es la ingeniería mecatrónica?

La ingeniería mecatrónica es una disciplina híbrida que consta de aspectos mecánicos, electrónicos y de control. Es la disciplina utilizada para diseñar y fabricar dispositivos que puedan responder a sus entornos en tiempo real. La retroalimentación proporcionada por los sensores eléctricos es administrada por una computadora central que emite comandos para tomar medidas. Estos comandos gobiernan la respuesta del dispositivo, que a su vez lo deja en una nueva situación. La ingeniería mecatrónica es útil para diseñar muchos sistemas que no dependen completamente de la operación humana.

El primer aspecto de la ingeniería mecatrónica es el aspecto mecánico. La ingeniería mecánica se ocupa del diseño de estructuras físicas en una máquina. La ingeniería mecánica subyacente es la ciencia de la mecánica, que es una rama de la física que aborda las fuerzas a gran escala y la materia en movimiento. Otro campo que contribuye es la ciencia de los materiales, que puede proporcionar a los ingenieros un conjunto de materiales para usar en el diseño de productos. En un automóvil, el aspecto mecánico comprendería la carrocería, el chasis y el motor, por ejemplo.

Otro componente necesario de la ingeniería mecatrónica es el aspecto electrónico. La ingeniería electrónica se ocupa de diseñar dispositivos prácticos que utilicen el movimiento de partículas cargadas eléctricamente para operar. Este flujo de electricidad se puede utilizar para transportar energía e información. La energía eléctrica se puede utilizar para alimentar un dispositivo mecatrónico a través de un motor eléctrico. La información producida por los sensores puede gestionarse mediante un sistema de control central.

El elemento final requerido en la ingeniería mecatrónica es alguna forma de control. La teoría del control tiene que ver con el mantenimiento de un estado óptimo en un sistema dinámico. Funciona al obtener retroalimentación sobre su estado actual en un entorno, tomar una decisión y luego emitir comandos para tomar alguna medida. Cuando un objeto está más lejos de su estado óptimo, puede responder más fuertemente para alcanzar ese estado. En un dispositivo mecatrónico, el control lo maneja típicamente un microprocesador, un circuito integrado único con una capacidad de procesamiento central.

Los dispositivos mecatrónicos están muy extendidos en muchas sociedades. Un automóvil, por ejemplo, combina sistemas mecánicos con sistemas eléctricos y una computadora central. Muchos sensores eléctricos detectan información sobre el estado del automóvil, como su velocidad, nivel de combustible y temperatura del motor. Estas señales son transportadas por vías eléctricas a la computadora del automóvil, que toma decisiones sobre cómo responder. Si el combustible es demasiado bajo o el motor está demasiado caliente, la computadora puede emitir un comando para mostrar un mensaje de advertencia al operador.

En un automóvil, la tarea de tomar decisiones es compartida por una computadora y un operador. Muchos dispositivos de mecatrónica, por otro lado, no son operados en tiempo real por humanos. Las naves espaciales a menudo deben usar computadoras a bordo para tomar decisiones en tiempo real porque hay un retraso de comunicación entre la nave espacial y la Tierra. Los Mars Exploration Rovers tuvieron un retraso de comunicación de varios minutos y, por lo tanto, utilizaron una computadora central para tomar muchas decisiones rápidas de navegación. Sin esta capacidad, los rovers podrían haberse caído de una repisa o quedar atrapados por un objeto cuando los operadores en la Tierra notaron las amenazas.