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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/6183| Título : | Desarrollo de herramientas didácticas para impartir el tema de Actuadores Suaves en asignaturas relacionadas con sistemas mecatrónicos |
| Autor : | CABALLERO RUIZ, ALBERTO |
| Fecha de publicación : | 2019 |
| Resumen : | En el tema de la formación de profesionistas en las áreas de Ingeniería Eléctrica-Electrónica, Mecánica y Mecatrónica es fundamental que los estudiantes cuenten con herramientas adecuadas que les permitan enfrentar los nuevos retos del sector científico e industrial. En lo referente a temas relacionados con actuadores, los estudiantes cuentan con materias contempladas dentro de los programas de las carreras de Ingeniería Eléctrica-Electrónica, Mecánica y Mecatrónica que les ofrecen conocimiento sobre actuadores; sin embargo, los temarios no contemplan nuevos actuadores que están siendo incorporados en aplicaciones científicas e industriales a nivel mundial. Tal es el caso de actuadores suaves, también conocidos como robots suaves, los cuales comienzan a tener aplicaciones de forma importante. Estos actuadores se componen principalmente de materiales deformables, con propiedades elásticas y reológicas similares a las del tejido de los órganos biológicos. Esta clase de máquinas elásticamente suaves representa un nuevo paradigma altamente interdisciplinario en ingeniería que podría revolucionar el rol de la robótica en el cuidado de la salud, la rehabilitación, la exploración en campo, la asistencia humana cooperativa y en aplicaciones industriales de manipulación de objetos. Por lo anterior, se vislumbra como un área de oportunidad incorporar los temas de actuadores suaves dentro de las asignaturas afines al tema de sistemas mecatrónicos. En el ICAT-UNAM, desde hace 4 años se han desarrollado actuadores suaves aplicados al desarrollo de simuladores gástricos. Por lo anterior, en este proyecto se pretende emplear la experiencia en actuadores suaves para integrarla a la experiencia de profesores de materias afines a actuadores de la Facultad de Ingeniería en C.U. y de la F.E.S. Aragón, con la finalidad de desarrollar herramientas didácticas que permitan la impartición del tema de actuadores suaves dentro de las asignaturas mencionadas al inicio de este texto. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6183 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | CABALLERO RUIZ, ALBERTO |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2019-2021 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Desarrollo de apuntes para profesores que les permitan impartir el tema de actuadores suaves, y que incluyan desde temas introductorios de conceptos, aplicaciones, estrategias de diseño, simulación, fabricación y caracterización.
Desarrollo de actividades para la enseñanza de actuadores suaves.
Evaluación de estudios del caso que puedan incorporarse a una metodología para la enseñanza del desarrollo de actuadores suaves.
Desarrollo de un estudio del caso para documentar la metodología propuesta.
Desarrollo de prácticas para la caracterización de este tipo de actuadores.
Integración de los materiales didácticos en cursos para establecer su alcance y eficiencia. 1.- Brindar a los alumnos y profesores de las carreras de Ingeniería Eléctrica-Electrónica, Ingeniería Mecánica e Ingeniería Mecatrónica herramientas de enseñanza-aprendizaje sobre actuadores suaves, abarcando desde los conceptos básicos hasta su fabricación y caracterización. 2.- Generar estudios de caso que permitan a los alumnos entender y asimilar conceptos relacionados con actuadores. 3.- Generar en los alumnos las capacidades necesarias para cubrir un proyecto que contempla fases de diseño, fabricación y caracterización. 4.- Generar apuntes para la impartición del tema de actuadores suaves 5.- Generar una metodología que les permita a los alumnos comprender cómo se desarrolla un actuador suave con base en un estudio del caso 6.- Desarrollar un banco de pruebas de actuadores suaves que les permita a los profesores impartir en mejor forma el tema de actuadores suaves |
| metadata.dc.description.hypothesis: | El apoyo del proceso de enseñanza-aprendizaje de estudiantes de nivel licenciatura en el área de actuadores suaves mediante actividades enfocadas al desarrollo de prototipos facilitará la asimilación del conocimiento y fortalecerá su formación profesional, brindándoles nuevas herramientas para un mejor desarrollo profesional. |
| metadata.dc.description.strategies: | Análisis de la literatura para desarrollar estrategias de enseñanza basadas en experimentos.
Análisis detallado de los programas de las materias relacionadas con el tema para establecer el marco teórico de las herramientas didácticas por desarrollar.
Análisis de programas de asignaturas impartidas en otras universidades para determinar qué temas son los que se deben incorporar a las herramientas didácticas por desarrollar.
Análisis de literatura en temas relacionados con actuadores suaves (libros y artículos especializados).
Reuniones de trabajo para establecer los temas que incluirán los apuntes sobre actuadores suaves.
Caracterización de elastómeros para selección de los materiales a emplear en los prototipos de actuadores suaves.
Selección de software para la simulación por elemento finito de diseños de simuladores
Desarrollo de sistemas de instrumentación y control para los actuadores suaves.
Desarrollo de pruebas experimentales para retroalimentar los modelos de elemento finito.
Desarrollo de apuntes para profesores que les permitan impartir el tema de actuadores suaves, y que incluyan desde temas introductorios de conceptos, aplicaciones, estrategias de diseño, simulación, fabricación y caracterización.
Desarrollo de actividades para la enseñanza de actuadores suaves.
Evaluación de estudios del caso que puedan incorporarse a una metodología para la enseñanza del desarrollo de actuadores suaves.
Desarrollo de un estudio del caso para documentar la metodología propuesta.
Desarrollo de prácticas para la caracterización de este tipo de actuadores.
Integración de los materiales didácticos en cursos para establecer su alcance y eficiencia. Brindar herramientas de enseñanza para los estudiantes de las Facultades de la UNAM con programas que incorporen temas relacionados con Mecatrónica para fortalecer su aprendizaje en el campo de los actuadores. |
| metadata.dc.description.goals: | Durante el desarrollo del proyecto se realizaron reuniones periódicas para revisión de avances y coordinación de las actividades comprometidas. Particularmente durante la pandemia, las reuniones de trabajo se realizaron por la vía virtual. En el primer año se investigó y justificó cómo incorporar la temática de actuadores blandos en diferentes asignaturas a nivel licenciatura y maestría. A partir de esto, durante el desarrollo del proyecto se realizó un exhaustivo análisis de la literatura a nivel libros, artículos publicados y programas de otras universidades donde se imparte el tema. Se caracterizaron elastómeros empleando un equipo de ensayos de tracción y se desarrolló un algoritmo que permite determinar los modelos constitutivos para modelar el material mediante el programa de cómputo ANSYS. Se trabajó en el desarrollo de instrumentación para este tipo de actuadores y que pueda ser utilizada por los alumnos en el banco de pruebas que se diseñó. Como parte del desarrollo de actividades para la enseñanza de actuadores blandos, al final del primer año se trabajó en la clase de Temas Selectos de Mecatrónica “Sensores y Actuadores” un proyecto que sentaría las bases de la metodología para el desarrollo de actuadores blandos de tipo “Pnue-Net”. Con base en la revisión de más de 300 documentos y la experiencia de los académicos y alumnos que han participado en este proyecto se desarrollaron una notas de aproximadamente 130 cuartillas donde se incorporan los temas de robótica, robótica blanda y, más específicamente, el tema de actuadores blandos. Finalmente, se cuentan con avances en el desarrollo de prácticas para la enseñanza del tema de actuadores blandos y su caracterización. En este punto se propuso el diseño de un banco de experimentación para actuadores blandos, se adquirieron los materiales y elementos para su fabricación. Una meta todavía en proceso es la integración de los materiales didácticos en cursos para establecer su alcance y eficiencia. Hasta este momento se han integrado cuestiones teóricas en los cursos que imparten los participantes de este proyecto. En lo que respecta al desarrollo de actividades para la enseñanza de actuadores suaves, se desarrolló un ejercicio para la comprensión de la metodología de caracterización, obtención de modelos constitutivos y modelado por elemento finito. Así mismo, se diseñó un ejercicio para el desarrollo de un actuador blando aplicado al campo de rehabilitación y se propuso una práctica preliminar relacionada con el control de actuadores blandos. Algunas otras metas que están en desarrollo consisten en al menos otros dos estudios del caso y la evaluación formal de los materiales desarrollados una vez que se termine la construcción de los bancos de pruebas para actuadores blando. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Los avances de este proyecto son muy satisfactorios pese a las afectaciones por el recorte en el presupuesto solicitado y la pandemia del SARS-CoV-2; particularmente el segundo aspecto causó que varias de las actividades relacionadas con trabajo experimental y fabricación de partes y prototipos se vieran disminuidas. Como parte los logros alcanzados se destaca el trabajo de colaboración desarrollado entre nueve académicos y más de 6 estudiantes de cuatro entidades académicas de la UNAM: la Facultad de Ingeniería, de la FES Aragón, de la ENES Campus Juriquilla y del Posgrado de la UNAM Campo de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica. Con las notas de actuadores blandos, desarrolladas como un producto principal de este proyecto, no sólo se cubre el objetivo de fortalecer el aprendizaje de los alumnos en el campo de los actuadores, sino también se incrementa el alcance impactando en el desarrollo académico de los estudiantes para que incrementen o adquieran habilidades en: mecatrónica, biomimética, diseño asistido por computadora, técnicas de optimización, caracterización de materiales, sensores y control. Así mismo, como extras se espera que los alumnos adquieran competencias en técnicas de fabricación y desarrollo de proyectos aplicados. Por lo anterior, las notas son una herramienta de referencia para ser utilizadas en la impartición de un tema en particular dentro asignaturas afines. Otro aspecto importante de este proyecto es el potencial que tiene para fortalecer el conocimiento del alumno a través del desarrollo de actividades prácticas debido a que los actuadores blandos son de sencilla implementación y costos relativamente asequibles; brindando a los estudiantes nuevos panoramas que les permitan interactuar con algunos principios de operación de sensores, actuadores y sus procesos de diseño y fabricación, lo cual incrementa las competencias de los alumnos, no solo en las cuestiones técnicas y de conocimiento, sino también en su formación profesional para afrontar proyectos de desarrollo tecnológico. Este tema de actuadores blandos ha crecido bastante en los últimos años y cada vez más universidades a nivel mundial incorporan esta temática dentro de sus programas y la fortalecen creando grupos de investigación en el tema. Hasta ahora se han integrado algunos temas de las notas de actuadores blandos en diferentes asignaturas que se imparten por los participantes de este proyecto teniendo un impacto en más 200 alumnos en estos dos años dentro de asignaturas como Temas Selectos de Mecatrónica “Sensores y Actuadores, Manufactura Aditiva y Digital, Instrumentación y control, Diseño Mecatrónico, Robots Móviles, entre otras. A pesar de que el último año muchos de los conceptos sólo se abordaron en forma teórica, la respuesta por parte de los alumnos ha sido muy buena. Varios alumnos de las facultades y escuelas, que se han visto beneficiadas con este proyecto, han comenzado tesis en este campo aplicando los conocimientos adquiridos. |
| metadata.dcterms.provenance: | Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT) |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías Actuadores Actuadores suves Mecatrónica Robots suaves |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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