Mectrónica: Relaciones

La mecatrónica tiene bastantes relaciones con muchos otros campos que se puedan beneficiar de ésta; entre estos ejemplos se encuentran ramas como la química, el medio ambiente, física y nanotecnología entre otros.
La relación con la química se basa en la electrónica, con los principios de electricidad a nivel atómico, como las polaridades y la composición de materiales para el uso de conductores o semiconductores en los circuitos integrados. En la parte de la mecánica la química puede estar involucrada en los procesos de manufactura del sistema mecánico, distintos tratamientos quimicos que se le dan a los materiales para que posean distintas propiedades. 
En cuanto al medio ambiente minimiza el aumento y contaminación con gases tóxicos y dañinos para el ambiente puesto que la tecnología puede llegar a crear aparatos de menor riesgo para éste y que eviten parcial o totalmente el daño que se ocasiona.
Para la física, la relación es bastante directa pues viene de la mecánica, una sub rama de esta ciencia, además de combinar dinámica, electrónica, termodinámica y demás para el correcto funcionamiento de las máquinas.
Y por último para la nanotecnología, al ser un campo de ciencia aplicada a la creación de bots o pequeñas máquinas de tamaño atómico o molecular requiere específicamente de la mecatrónica para existir, quizá la diferencia más notoria es el uso de biología y química para estudiar los componentes necesarios que hagan que los bots no causen daño al medio ambiente pero fuera de eso, su construcción, ensamblamiento y demás se deben a esta ciencia.

Evolución

Históricamente pueden distinguirse tres etapas en la evolución de la mecatrónica.

La primera etapa corresponde a la introducción de la palabra en el medio industrial y su aceptación; se caracteriza porque cada una de las tecnologías que la integran se desarrolla independientemente.

La segunda etapa se inicia a comienzos de los años 1980s, y se caracteriza por la integración sinérgica de sus diferentes tecnologías (como la integración de la óptica a la electrónica para conformar la opto electrónica y el diseño integrado de hardware/software).

La tercera etapa puede considerarse como la que inicia la era de la mecatrónica, y se basa en el desarrollo de la inteligencia computacional y los sistemas de información. Una característica importante de esta última etapa es la miniaturización de los componentes en forma de micro actuadores y micro sensores, integrados en sistemas micro electromecánicos o en micro mecatrónica.

Componentes

Como se ha dicho anteriormente la mecatrónica integra tres grandes áreas: La mecánica, la informática y la electrónica.

La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas. Sin embargo, también puede relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como éstas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.

La mecánica contribuye en el diseño y selección de componentes para la estructura, tales como materiales, mecanismos, articulaciones, transmisiones y motores, y realiza los análisis de la estática, la cinemática, la dinámica, cargas, momentos de inercia, confiabilidad y seguridad.

La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.

Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los semiconductores hasta las válvulas termoiónicas. El diseño y la construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forma parte de la electrónica y de los campos de la ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de software para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se suele considerar una rama de la física, más concretamente en la rama de ingeniería de materiales.

La electricidad y electrónica contribuyen en el diseño y selección de componentes como sensores, transductores, circuitos eléctricos, circuitos integrados, redes, servomecanismos, interfaces, amplificadores, convertidores de señales, acondicionadores de señales, sistemas de potencia y sistemas de visión.

La Informática es la ciencia aplicada que abarca el estudio y aplicación del tratamiento automático de la información, utilizando sistemas computacionales, generalmente implementados como dispositivos electrónicos. También está definida como el procesamiento automático de la información.

Los sistemas de información realizan la integración de los dos componentes anteriores, y contribuyen con software para la simulación, modelamiento, supervisión, diseño de sistemas de control, programación de trayectorias, optimización, y dibujo y diseño asistidos por computador de la estructura del robot.

Aplicaciones

En cuanto a aplicaciones, los rubros mas importantes son robótica, sistemas de transporte, sistemas de manufactura, máquinas de controlnumérico, nanomáquinas y biomecatrónica.

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La robótica es la parte de la técnica de diseño y construcción de autómatas flexibles y reprogramables, capaces de realizar diversas funciones.  Es el nivel de automatización más flexible y en mucho indica las tendencias futuras del resto de la mecatrónica. Las líneas de investigación más desarrolladas son: síntesis de manipuladores y herramientas, manipuladores de cadena cinemática cerradas, robots autónomos, robots cooperativos, control y tele-operación asincrónicas estimación del ambiente, comportamiento inteligente, interfaces hápticas, navegación y locomoción.

En la manufactura, la Mecatrónica se ha servido de los modelos de sistemas a eventos discretos, y los ha aplicado para el diseño óptimo de líneas de producción así como la optimización de procesos ya existente. También ha ayudado a automatizar las líneas de producción y generar el concepto de manufactura flexible.

Las nanomáquinas son un área que se han beneficiado de los desarrollos de la Mecatrónica. Un ejemplo muy evidente es el desarrollo del disco duro. Las líneas de investigación más manejadas son: micromanejo, microactuadores y micromaquinado.

La biomecatrónica es la aplicación de la mecatrónica para resolver problemas de sistemas biológicos, en particular el desarrollo de nuevos tipos de prótesis, simuladores quirúrgicos, control de posición de instrumental médico, sillas de ruedas y teleoperación quirúrgica.



Historia

La mecatrónica nace a causa de la revolucion industrial, que tuvo como consecuencia la creacion de maquinas para el aumento en la calidad y cantidad de productos de uso o consumo masivo, luego a mediados de los años cuarenta del siglo pasado la llamada asi segunda revolucion industrial que tuvo como caracteristica relevante la creacion del transistor semiconductor y la miniaturización de los componentes electronicos acoplados en circuitos integrados, dio origen al computador digital, este inveto cambió totalmente el pensamiento de la sociedad y de la industria. En medio de estas dos epocas, los paises que emplearon, pero en especial que produjeron estas nuevas tecnologías se pusieron a la cabeza o a la vanguardia de la sociedad.
Pero el termino como tal fue acuñado en Japón a principios de los ochentas y comenzo a ser usado en Europa y USA un poco despues.

¿Qué es?

La palabra mecatrónica ha sido definida de varias maneras. Un consenso común es describir a la mecatrónica como una disciplina integradora de las áreas de mecánica, electrónica e informática cuyo objetivo es proporcionar mejores productos, procesos y sistemas. La mecatrónica no es, por tanto, una nueva rama de la ingeniería, sino un concepto recientemente desarrollado que enfatiza la necesidad de integración y de una interacción intensiva entre diferentes áreas de la ingeniería.

Un sistema mecatrónico típico recoge señales, las procesa y, como salida, genera fuerzas y movimientos. Los sistemas mecánicos son entonces extendidos e integrados con sensores, microprocesadores y controladores. Los robots, las máquinas controladas digitalmente, los vehículos guiados automáticamente, las cámaras electrónicas, las máquinas de telefax y las fotocopiadoras pueden considerarse como productos mecatrónicos.