https://doi.org/10.22463/2011642X.4352
Recibido: 28 de julio de 2023 - Aprobado: 22 de diciembre de 2023
Cómo citar:
L.A. Pérez-Domínguez, “Las principales tecnologías de la era de la industria 5.0”, Rev. Ingenio, Vol. 21, n°1, pp. , 2024, doi: https://doi.org/10.22463/2011642X.4352
En la actualidad el entorno industrial y la sociedad en general se encuentran en la dinámica de la Industria 4.0, la cual está sentando las bases para la próxima revolución industrial. A la par, las dificultades sanitarias mundial derivadas por el COVID-19 originando que las empresas busquen soluciones para seguir operando, esta situación de cualquier forma, provocando que la industria 5.0 dé un salto exponencial, haciendo que las empresas implementen nuevos procesos de fabricación. Por tanto, esta nueva revolución industrial consiste en aprovechar y desarrollar la inteligencia artificial para dar paso a la principal característica que la define, que es la colaboración entre el hombre y la máquina, trabajando juntos mientras las máquinas realizan las tareas más pesadas y repetitivas. De igual modo, las personas se encargan de monitorear las actividades. Adicionalmente, uno de los elementos fundamentales de I.5 son los cobots industriales (sistema robótico instituido para trabajar junto con los humanos) aunque los cobots y otros elementos independientemente del principal tema, también hay otros aspectos muy importantes como la sociedad 5.0 y la bioeconomía. De este modo, es por ello que en la presente investigación se tiene como objetivo principal en presentar las tecnologías transcendentales en la industria 5.0.
Palabras clave:Cobots, Inteligencia Artificial, Internet de las cosas, Industria 5.0.
Currently, the industrial environment and society in general is in the dynamics of Industry 4.0, which is laying the foundations for the next industrial revolution. At the same time, the global health difficulties derived from COVID-19 are causing companies to look for solutions to continue operating, this situation in any case, causing industry 5.0 to take an exponential leap, causing companies to implement new manufacturing processes. Therefore, this new industrial revolution consists of taking advantage of and developing artificial intelligence to give way to the main characteristic that defines it, which is the collaboration between man and machine, working together while machines perform the heaviest and most repetitive tasks. Likewise, people are in charge of monitoring activities. Additionally, one of the fundamental elements of I.5 are industrial cobots (robotic system instituted to work together with humans) although cobots and other elements regardless of the main topic, there are also other very important aspects such as society 5.0 and the bioeconomy. In this way, this is why the main objective of this research is to present the transcendental technologies in Industry 5.0.
Keywords:Cobots, Artificial Inteligence, IoT, Industry 5.0.
1. IntroducciónAdicionalmente el desarrollo de la tecnología con un ritmo acelerado de crecimiento propone la utilización de los robots colaborativos (cobots), dichos robots son empleados en cada el campo de la manufactura, la industria médica, espacial y militar. Igualmente, es importante indicar que cada uno de esos cobots opera con un software inteligente y por tal motivo se produce la interacción humano-tecnología. La Figura 1 muestra la tendencia de la industria a través del tiempo.
Finalmente se pretende que el ser humano mantenga el dominio de los robots realizando la producción de productos o realizando servicios como lo es el transporte [2].
Actualmente la sociedad se encuentra en la era de la industria 4.0 (I4.0), pero está llegando a su fin para darle inicio a la próxima revolución industrial que la principal diferencia de la industria 4.0 es que la I.5 tiene el objetivo principal de explotar la creatividad humana en nuevos procesos industriales o de la vida cotidiana pero en vez de que las personas hagan todo el trabajo esta vez lo hará colaborando con máquinas eficientes, inteligentes y precisas, con el fin de desarrollar la manufactura personalizada haciendo eficientes los recursos y darle un experiencia única a la sociedad [3]
Por lo que, por primera vez que se introdujo el término de la de la industria 5.0 (I.5) fue el 1 de Diciembre del 2015 en un artículo elaborado por Michael Rada, en su artículo define a la I.5 como el trabajo en conjunto de máquinas, tecnologías avanzadas y robots de la mano de las personas físicas de manera eficaz para realizar actividades de producción y vida social [5].
En estos días ya existen muchos productos y procesos que se manejan con robots como por ejemplo los autos que se conducen solos con un sistema de inteligencia artificial, supermercados atendidos por robots, robots para diferentes actividades en el sector industrial, por un lado, es un gran paso en el futuro de la tecnología, pero por otro genera un debate acerca del impacto que tendrá en la sociedad de la forma en que aceptaría a la I.5 [6]. La Figura 2 indica la dinámica de las revoluciones industriales con cada tecnología en particular. A la par dicha figura muestral el diferencial entre cada revolución industrial. Así de este modo, por ejemplo, se puede revisar que la Industria 4.0 involucra la digitalización, el análisis de los datos, inteligencia artificial y por otro lado la Industria 5.0 contempla el trabajo colaborativo hombre-máquina, computación cognitiva y los cobots (es decir los sistemas robóticos colaborativos).
El objetivo de la computación cognitiva es resolver problemas sin supervisión de los humanos, la computación cognitiva no solamente se puede encontrar en el sector industrial y científico, gracias a sus sistemas informáticos llenos de datos y algoritmos será capaz de entender el comportamiento humano en campos como la literatura y el arte, la computación cognitiva se encuentra presente en la sociedad como en los dispositivos que funcionan con comando de voz, reconocimiento facial y asistentes digitales del hoja [13], [14]. La computación cognitiva se está convirtiendo en uno de los cimientos para un mundo digital y mejor para los humanos [15], [16].
Los robots siempre han sido asociados a la industria manufacturera, pero eso es un hecho pasado en la actualidad los robots apoyan más a las personas en sus hogares y vidas privadas, la robótica evolutiva usa la computación cognitiva por lo tanto en pocos años podremos ver en los hogares los robots de servicio, robots que controlaran sus tareas, enfrentarse al mundo real y seguir aprendiendo. La robótica evolutiva es demasiada compleja pero con el software adecuado los robots nunca dejara de evolucionar [21], [22].
3.1.1. Entrenamiento virtual. Es un tipo de capacitación en la que los investigadores y científicos usan determinados softwares para ensenarles tareas o habilidades específicas a diferentes tipos de robots de los sectores industriales, sociales, de construcción, ambientales, seguridad y cualquier sector donde aplique. Estas capacitaciones se hacen en un entorno virtual o simulado.
Incorporando la IA los formadores pueden entrenar desde un brazo robótico que pueda levantar un bloque de concreto hasta un sistema que sustituya a los conductores y pilotos. Este tipo de capacitación reduce significativamente los costos y gracias a esas capacitaciones se pueden proporcionar entornos seguros, servicios rentables y procesos precisos evitando perdidas y evaluando los accidentes que se podrían enfrentar en lugares reales o sin imponer riesgos a otros [23].
3.1.2. Sistemas autónomos inteligentes. Son sistemas que trabajan con la IA controlando autónomamente las líneas de ensamble inteligentes, el departamento encargado de su programación le dará una función objetivo y por su parte el sistema creara sus propios subobjetivos analizando los datos que obtiene aprenderá a manejar el ambiente y construirá caminos para alcanzar el objetivo principal. Las formas en que trabaja la IA permite que las maquinas del sistema reaccionar sobre las decisiones que toma, por lo tanto, almacenar esos resultados para después planificar soluciones inteligentes a los problemas que puedan presentarse en su entorno. El conocimiento y el diseño robusto de estos sistemas serán una herramienta importante que toda compañía debería de implementar en la quinta revolución industrial [23].
3.1.3. Cobots (sistemas robóticos colaborativos). También llamados sistemas robóticos colaborativos (cobots) son dispositivos robóticos que pueden manipular objetos de diferentes tamaños y diferentes pesos, están diseñados para que trabajen en colaboración con las personas y puedan realizar cualquier actividad manual. Mediante la programación del software un cobots proporciona asistencia al operador realizando distintas actividades como manipulación de piezas, empaquetado, soldar entre otras y claro dependiendo del tipo y modelo será la actividad que realice. Los cobots son diseñados para que puedan ser trasladaos fácilmente y adaptarse a diferentes entornos como en un hospital asistiendo en una cirugía o realizando ensamblajes en una fábrica de automóviles [24].
El uso de cobots representa un elementó indispensable para las compañías si quieren que sus fábricas se conviertan en fábricas inteligentes, muchas de ellas aun utilizan los robots o maquinas industriales que trabajan con guardas de seguridad y alejan a los operadores por prevenir un accidente. Incorporando a los cobots las compañías podrán reducir los accidentes laborales son fáciles de utilizar, con la programación adecuada el cobots puede ralentizar su velocidad para trabajar objetivo principal de los cobots automatizar los procesos aumentando la productividad eliminando los trabajos repetitivos y evitando riesgos [25], [26].
La I.5 no se trata de que los robots y los trabajadores trabajen en solitario sino todo lo contrario quiere que coexistan trabajando los dos al mismo tiempo (véase Figura 3), trabajando sincronizadamente haciendo que el robot a la velocidad del operario, cooperando donde el robot y el operador se repartan las tareas y por último y más importante trabajando siempre en colaboración apoyándose en todo aprendiendo uno del otro [27, 28]
3.1.4. El internet de las cosas (IoT). El internet de las cosas (IoT, por sus siglas del inglés Internet of Things) es una plataforma de interoperabilidad la cual implementa una aplicación web y una asistencia virtual que garantiza la interoperabilidad independientemente del factor de forma, sistema operativo, proveedor de servicios o tecnología de transporte, creando una red de todo. A la par, el internet de las cosas es la tecnología de tendencia y abarca varios conceptos, como computación en la nube, computación de vanguardia, protocolos de comunicación, dispositivos electrónicos, sensores, geolocalización, entre otros. Según las estadísticas de la CISCO (empresa dedicada a las telecomunicaciones) desde el 2020 hay más de 50 mil millones de dispositivos conectados a internet que trabajan junto con la IO, y la mayoría de esos dispositivos tiene una única función que es hacer la vida más fácil a sus usuarios en diferentes ambientes como el sector automotriz, sector salud, sector industrial, sector comercial y también en el ambiente social que tiene que ver con las redes sociales, para explicar esto tomamos como ejemplo un sistema de seguridad inteligente el cual cuando detecta movimiento puede encender una cámara y proveer iluminación, después se manda una señal de alerta vía internet a las autoridades y todo eso queda registrado, otro ejemplos seria de que una maquina presenta una falla y solamente la puede arreglar una compañía de otro país, se puede mandar los datos o hacer una video llamada para dar instrucciones sin necesidad de venir de tan lejos [29],[30], [31].
3.1.5. Manufactura inteligente. Demandas en tiempo real, toda la maquinaria está conectada a internet y trabajan con los más novedosos hardwares para poder ver paso por paso los procesos. La manufactura inteligente brinda a los trabajadores flexibilidad ya que hay mucha interacción hombre-máquina, la manufactura inteligente incluye robótica colaborativa, simulación, internet de las cosas, análisis de datos, fabricación aditiva y realidad aumentada [32], [33].
La manufactura inteligente representa el futuro de los sistemas de producción industrial, es una tendencia tecnológica que está convirtiendo a las fábricas de manufactura esbelta en fábricas inteligentes, digitales y personalizadas abarcando la producción farmacéutica, automovilística, alimenticia, eléctrica, militar, etc. [34].
3.1.6. Sistemas y tecnologías multi-agente. Un sistema de tecnología multi-agente se conforma por varias características de ahí el nombre multi-agente, se describen como sistemas autónomos capaces de tomar sus propias decisiones, son sistemas cooperativos que apoyan con sus funciones y herramientas a la unión hombre-máquina adaptándose a los diferentes problemas, se puede decir que son sistemas comunicativos porque se mandan información entre ellos y comunican los datos obtenidos a los humanos y por último, son sistemas proactivos ya que son tolerantes a las fallas, son capaces de detectar esta fallas pero aprenden y proponen soluciones para anteponerse a los problemas [35], [36], [37].
3.1.7. Redes 5G. La I.5 requiere del manejo de una gran cantidad de información, es por eso que las redes 5G son un gran pilar en esta revolución industrial, la red 5G es un sistema inalámbrico de comunicación masiva número masivo de datos. Si la I.5 quiere conectar a una persona y su teléfono para controlar por ejemplo a un robot en su área de trabajo todo esto separados a una gran distancia, el sistema 5G es la herramienta ideal para esta tarea ya que proporciona velocidad de comunicación y capacidad de almacenaje para los datos que introduzca el operador y los datos que genere la IA del robot [38], [39].
La I.5 mejorara drásticamente las cadenas de valor cambiando la producción en masa por la producción personalizada en masa creando líneas de producción de alta velocidad en la cuales participaran los cobots pero en el proceso y producto final siempre habrá un toque y control humano. Con estos nuevos procesos los clientes tendrán esa sensación de alta calidad y satisfacción [46].
La I.5 trabaja con los robots de almacén, esta nueva generación de sistemas de almacenamiento ecológicos sostenibles puede mejorar la productividad y la flexibilidad. Medimos el rendimiento del sistema y proporcionamos reglas de diseño para la velocidad de los robots. Construimos modelos de cola abierta para el nuevo sistema de cumplimiento de pedidos y calculamos el tiempo de rendimiento de este sistema dada la cantidad de robots
En esta nueva revolución industrial el capital humano tendrá una tendencia a ir disminuyendo, se puede decir que es una competencia entre humanos contra maquinas, la cual las maquinas llevan gran ventaja ya que su rendimiento es mejor porque son capaces de trabajar las 24 horas del día mientras el humano tiene que descansar, una maquina puede hacer cálculos mucho más rápido que un humano, el humano solo tendría una ventaja que es la perspectiva de vista. Por lo tanto el personal humano disminuirá si las empresas quieren los procesos más rápidos y con más calidad [50].
La falta de conocimiento es un gran problema ya que los robots industriales y las nuevas tecnologías usan lenguaje de computación complejo que no cualquier persona puede entender, si el robot, maquina o aplicación llega a fallar la interfaz de uso contara con muchos comandos, símbolos o botones de los cuales si el operador llega a elegir el equivocado el problema se hará más grande ocasionando atrasos y tiempo muerto que a su vez son perdidas monetarias para la empresa, si la empresa quiere implementar la industria 5.0 la falta de conocimiento es algo que tiene que atacar primero eliminándolo desde contratación de personal calificado, capacitaciones o buscando mejorar la interfaz de la maquina con menos comandos [52].
6.2.1. Biotecnología blanca. En el campo biológico de los seres vivos hay una rama llamada biotecnología blanca, o también conocida como biotecnología industrial, la biotecnología blanca utiliza la biodiversidad que hay en la naturaleza para crear materia prima en sus procesos industriales. Trabajando en conjunto con la industria 5.0 se han creado muchos productos innovadores como la recreación de la seda de araña que puede llegar a ser un material que sustituya a los cables de alta tensión o la producción de cauchos altamente elásticos a partir de plantas distintas del árbol del caucho. Junto con la industria 5.0 la biotecnología blanca creara nuevos procesos en los cuales se obtengan nuevas materias primas, los recursos serán más duraderos y se podrá aprovechar más la energía del sol todo esto siendo beneficioso para el medio ambiente [55].
La biotecnología blanca es un campo muy importante para la industria 5.0 ya que abarca una amplia cantidad de temas y los clasifica en 4 grupos: industrial, farmacéutico, agricultura y medio ambiente, dentro de esos grupos los temas que más se destacan son la biosíntesis, la nanotecnología, las nanopartículas, la ingeniería genética, la biotecnología ambiental y la biotecnología vegetal y animal. La biotecnología es una tendencia actual que está en constante crecimiento que ayudara en un pilar de innovación y desarrollo de la sociedad [56], [57].
6.2.2. Bioeconomía. La bioeconomía es la respuesta a los problemas ambientales y sociales que tienen que ver con el mal uso de los recursos naturales y la escasez de suministros, la bioeconomía se define como la utilización de recursos renovables que nos brinda el planeta para sustituir a los recursos provenientes de los fósiles para elaborar productos más sostenibles [58], [59], [60].
En este sentido las herramientas que implementa la I.5 para el cultivo de algas fotoautótrofas, que son los sistemas de estanques de canalización, que consiste en un estanque con una determinada profundidad, que es expuesto al sol y PBR (Packed Bed Reactor), dentro del sistema se bombea agua, se evita la sedimentación y se restringe la penetración de la luz en la costra de algas. Los reactores PBR son una serie transparente de tubos que contienen el cultivo y un depósito central donde se hace circular el caldo de microalgas [61].
6.2.3. En el entorno social.
1. Sociedad 5.0
Si queremos hablar de un país en el cual se allá iniciado o desarrollado alguna de las evoluciones industriales seguramente estaríamos hablando de Japón, país que es un representante incuestionable de los que es innovación, ciencia y tecnología. Actualmente Japón nos está presentando la sociedad 5.0 que es una sociedad superinteligente y en donde todo está conectado atreves de la inteligencia artificial. Aunque es un plan en desarrollo, se espera que en un futuro se halle un robot en cada vivienda que ayude al ser humano con las actividades cotidianas haciendo su vida más fácil [62], [63].
La sociedad 5.0 busca romper con las tendencias actuales haciendo que las personas se sientan mal libres y más seguras, se puede decir que el objetivo principal de la sociedad 5.0 es construir una nueva condición de vida en la que los individuos puedan mejorar su economía y su desarrollo familiar, la sociedad 5.0 quiere abarcar todas las sociedades posibles y no dejar ninguna fuera ensenándoles que a través de la digitalización se mejorara la productividad de su vida [64], [65].
2. Hospitalidad 5.0
La pandemia producida por el COVID-19 afecto a muchos tipos de negocios entre ellos el negocio de los hoteles es por eso que la higiene, la desinfección y la limpieza son factores importantes para recuperar su economía. Algunos hoteles están usando los principios de la I.5 en sus instalaciones creando así la hospitalidad 5.0. La hospitalidad 5.0 es un ´´camino personalizado´´ en donde el cliente en su llegada al hotel y hacer su reservación tendrá una interacción humano-computadora que puede ser un robot interactivo o una inteligencia con pantalla táctil, habrá puntos de control donde se realicen funciones de desinfección, las habitaciones contaran con inteligencia artificial por medio de sensores, pantallas táctiles, comando de voz, iluminación y calefacción controlada, durante su estadía habrá escáneres para evaluar la calidad de la comida y al final de su estadía por medio de sensores se evaluara la salud del cliente, todo este proceso se subirá a la gran nube para evaluar y mejorar el servicio [66], [67].
Los hospitales deberán de mejorar su forma de trabajar, con el uso de las redes 5G se podrá tener una mejor comunicación entre los hospitales y los pacientes, con la alta velocidad, confiabilidad y el masivo almacenamiento datos los hospitales ya estarán trabajando en la solución al problema de salud del paciente antes de que llegue al hospital. Implementando la industria 5.0 los hospitales podrán optar por nuevas tecnologías tales como tele robótica, comunicación hospital-dispositivo de paciente, realidad aumenta, impresiones 5G, control de vehículos no tripulados y robots con inteligencia artificial todo esto para mejorar la calidad de vida de los pacientes [68], [69].
3. Casas inteligentes
La sociedad está por cambiar los edificios tradicionales por edificios inteligentes, hablamos de hogares, edificios empresariales, almacenes, restaurantes, aeropuertos, etc., cada edificio contara con plataformas inteligentes para el monitoreo y control de operaciones del edificio como, por ejemplo: un hogar inteligente contara con opción de cargar un auto eléctrico o un sistema de seguridad con inteligencia propia. Cada sistema inteligente de cada edificio podrá aprender y tomar decisiones en benéfico de las personas y la producción [70], [71], [72].
Los primeros edificios inteligentes en estos tiempos trabajan con sistema estándar mundial KNX (EIB KONNEX) el cual controla los sistemas de los edificios como encendido de luces, sensores, botones, calefacción, ventilación, limpieza y alarmas en general. El sistema KNX empieza con la plataforma de la I.A, esta controla a las capas de seguridad y las interfaces de aplicación, de estas dos se maneja las puertas de acceso para los diferentes dispositivos del edifico o la acción que quiera realizar el personal [73], [74].
La industria 5.0 no solo estará en el ambiente industrial con los robots colaborativos, estará presente en la medicina con robots que ayuden a prolongar más la vida humana con sistemas neuronales y biología sintética, la forma de educación será diferente, las nuevas generaciones tendrán más interacción con la tecnología para así seguir innovando, los medios de transporte cambiaran drásticamente con la ayuda de drones y vehículos no tripulados, se ayudara al medio ambiente creando nuevas energías alternativas, el comercio será convertirá en una gran batalla y los ganadores serán los que los más exploten la personalización, en fin la colaboración hombre-máquina estará presente en cada rincón del Mundo y aunque la sociedad se encuentra en los finales de la industria 4.0, las investigaciones reportadas en la literatura indican que la sociedad en general entrara de lleno con la industria 5.0 a principios del año 2025, en donde todo lo que conocíamos será reinventado, la inteligencia artificial se encuentra en un avance imparable abriéndole paso a la posible sexta revolución industrial en la cual posiblemente se desarrolle la nanotecnología y la conquista del espacio y cuando eso pase la humanidad ya no vera la vida de la misma manera.
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* Doctor (c).Correo: luis.dominguez@uacj.mx