Máquinas

La conformación de haces (beamforming) (Haykin 1999) es una forma espacial de filtrado y es usada para distinguir entre las propiedades espaciales de una señal objetivo y el ruido de fondo. El dispositivo usado para hacerlo es llamado conformador de haces (beamformer). La tarea de conformar haces es compatible con el uso de una red neuronal, de la cual se han obtenido evidencias relevantes de los estudios de físico acústica a las respuestas auditivas del ser humano y de los estudios del mapeo de características en las capas corticales de los sistemas auditivos de eco-localización de los murciélagos. La eco-localización de los murciélagos ilumina el entorno circundante emitiendo señales de sonar de frecuencia modulada de corta duración y luego usa su sistema auditivo para enfocar su atención en su presa. Los oídos suministran al murciélago alguna forma de filtrado espacial, interferometría para ser precisos, la cual es luego aprovechada por el sistema auditivo para producir selectividad de la atención. La conformación de haces es comúnmente usada en sistemas de sonar y radar donde la tarea primaria es detectar y seguir rastro de un objetivo de interés en la presencia combinada de un receptor de ruido y las señales de interferencia (jammers). Esta actividad se complica por dos factores:

• La señal objetivo se origina de una dirección desconocida.
• No existe información a priori disponible de las señales de interferencia.

Una forma de lidiar con situaciones de esta clase es usar una canceladora de lóbulo lateral generalizada como se muestra en la figura.

Diagrama de una conformación de haces.

El sistema consiste de los siguientes componentes:

• Un arreglo de elementos de antena, el cual suministra un medio para muestrear las señales observadas en puntos discretos del espacio.
• Un combinador lineal definido por un conjunto de pesos fijos , la salida de la cual es la respuesta requerida. Este combinador líneal actúa como un filtro espacial, caracterizado por un patrón de radiación, es decir, un diagrama polar de la amplitud de la salida de la antena versus el ángulo de incidencia de una señal entrante. El lóbulo principal de este patrón de radiación es apuntado a través de una dirección prescrita, para la cual la canceladora se restringa a producir una respuesta sin distorsión. La salida del combinador lineal, denotada por d(n), suministra una respuesta deseada al formador de haces.
• Una matriz de bloqueo de señal Ca, cuya función es cancelar la interferencia que escapa del lóbulo lateral del patrón de radiación del filtro espacial representando el combinador lineal.
• Una red neuronal de parámetros ajustables, diseñada para acomodar variaciones estadísticas en las señales de interferencia.

El ajuste de los parámetros libres de la red neuronal son realizados por un algoritmo de aprendizaje por corrección de error que opera sobre la señal de error e(n), definida como la diferencia entre la salida del combinador lineal d(n) y la salida actual y(n) de la red neuronal. Así la canceladora opera bajo la supervisión del combinador lineal que asume el papel del “profesor”. Como ocurre con el aprendizaje supervisado ordinario, nótese que el combinador lineal está afuera del bucle de retroalimentación que actúa sobre la red neuronal. Un conformador de haces que usa una red neuronal para aprender es llamado un formador de haces neuronal o un neuro-formador de haces. Esta clase de máquina de aprendizaje viene bajo el título general de neurocomputadoras de atención (attentional neurocomputers).

El corte con láser es una técnica empleada para cortar piezas de chapa caracterizada en que su fuente de energía es un láser que concentra luz en la superficie de trabajo. Para poder evacuar el material cortado es necesario el aporte de un gas a presión como por ejemplooxígeno, nitrógeno o argón. Es especialmente adecuado para el corte previo y para el recorte de material sobrante pudiendo desarrollar contornos complicados en las piezas. Entre las principales ventajas de este tipo de fabricación de piezas se puede mencionar que no es necesario disponer de matrices de corte y permite efectuar ajustes de silueta. También entre sus ventajas se puede mencionar que el accionamiento es robotizado para poder mantener constante la distancia entre el electrodo y la superficie exterior de la pieza.

Para destacar como puntos desfavorables se puede mencionar que este procedimiento requiere una alta inversión en maquinaria y cuanto más conductor del calor sea el material, mayor dificultad habrá para cortar. El láser afecta térmicamente al metal pero si la graduación es la correcta no deja rebaba. Las piezas a trabajar se prefieren opacas y no pulidas porque reflejan menos. Los espesores más habituales varían entre los 0,5 y 6 mm para acero y aluminio. Los potencias más habituales para este método oscilan entre 3000 y 5000 W.

El corte por haz láser (LBC) es un proceso de corte térmico que utiliza fundición o vaporización altamente localizada para cortar el metal con el calor de un haz de luz coherente, generalmente con la asistencia de un gas de alta presión. Se utiliza un gas de asistencia para eliminar los materiales fundidos y volatilizados de la trayectoria del rayo láser. Con el proceso de rayo láser pueden cortarse materiales metálicos y no metálicos. El haz de salida con frecuencia se pulsa a potencias máximas muy altas en el proceso de corte, aumentando la velocidad de propagación de la operación de corte.

Los dos tipos más comunes de láser industrial son dióxido de carbono (CO₂) y granate de Aluminio de itrio dopado con neodimio (Nd:YAG). Un láser CO2 utiliza un medio gaseoso para producir la acción láser mientras que el Nd:YAG utiliza un material cristalino. El láser CO₂ está disponible comercialmente en potencias de hasta 6kW y los sistemas Nd:YAG están disponibles en hasta 6kW.

Si se realiza con equipo mecanizado, los cortes láser brindan resultados altamente reproducibles con anchuras de ranuras angostas, mínimas zonas afectadas por el calor y prácticamente ninguna distorsión. El proceso es flexible, fácil de automatizar y ofrece altas velocidades de corte con excelente calidad, pues el láser tiene la capacidad de operar perfiles de corte muy complejos y con radios de curvatura muy pequeños. Además, es una tecnología limpia, no contamina ni utiliza sustancias químicas.¹ Los costos del equipo son altos pero están bajando a medida que la tecnología de resonadores es menos costosa.

En 1965, se utilizó la primera máquina de corte por láser para perforar agujeros en los troqueles de diamantes. Esta máquina fue realizada por el Western Electric Engineering Research Center.² En 1967, los británicos fueron pioneros en el corte de metales por chorro de oxígeno asistido por láser. En la década de 1970, esta tecnología fue puesto en producción para cortar titanio en aplicaciones aeroespaciales. Al mismo tiempo, se adaptaron láseres de CO₂ para cortar elementos no metálicos, como el textil, ya que eran absorbidos por los metales.

Corte y perforación por láser

El láser domina las aplicaciones de corte más diversas. Estas aplicaciones van desde la ranura de corte precisa al micrómetro en un chip de semiconductores finísimo hasta el corte de calidad en la chapa de acero de 30 mm de espesor. En la perforación por láser, el rayo láser genera sin ningún tipo de contacto agujeros finos y más grandes en metales, plásticos, papel y piedra.

Principio de funcionamiento del corte por láser

El punto en el que el rayo láser enfocado incide en el material se calienta de forma tan intensa que se funde o se evapora. Cuando el rayo ha penetrado la pieza por completo, ya puede iniciarse el proceso de corte: el rayo láser se desplaza a lo largo del contorno de la pieza y funde el material a medida que lo recorre. La mayoría de las veces, el flujo de gas sopla la colada expulsándola hacia abajo, fuera de la ranura de corte. La ranura de corte apenas es más ancha que el propio rayo láser enfocado.

En la perforación por láser, un breve pulso del láser con una gran densidad de potencia se encarga de fundir el material y provocar su evaporación. La elevada presión que se genera con esta operación expulsa la colada del agujero.

La desbrozadora, desmalezadora, bordeadora, orilladora o motoguadaña es una máquina utilizada en jardinería para cortar las malas hierbas a ras de suelo y para repasar los lugares a los que un cortacésped no puede llegar, como las esquinas y los bordes, etc. El corte lo realiza con un hilo de nailon o cuchillas presentadas en discos.

También puede ser una máquina que corta, prensa y machaca las hierbas, plantas y ramas que crecen en el campo, para conseguir un secado más rápido y uniforme del terreno. Este tipo de desbrozadoras pueden ser accionadas y arrastradas por un tractor o con animales de tiro. Las unidades del corte se pueden montar por debajo del tractor entre las ruedas delanteras y posteriores, o bien, montar en la parte posterior con un enganche de tres puntos.

Funcionamiento

Las desbrozadoras funcionan con un motor que puede ser de combustión o eléctrico. Además, algunos tienen incluidos sistemas de anti-vibración para lograr un mejor control. El motor va conectado a una barra larga y delgada que termina en el sistema de corte. Las barras pueden ser rectas o curvas y están provistas de empuñaduras que pueden ser de tipo delta (una agarradera pequeña) o de doble manillar (se agarra con las dos manos para distribuir mejor el peso). Al final de la barra se encuentra un dispositivo de giro responsable del corte que puede ser un cabezal de polietileno o un ABS en el que se usa un hilo de nailon de diferente grosor. Para trabajos más pesados, se usan piezas de acero con diferentes formas, siendo las más comunes las de 3 o 4 puntas. Las desbrozadoras también pueden venir con arnés o mochila para asegurarla al cuerpo y facilitar su manipulación al repartir el peso.

Disponen de un acelerador que regula la velocidad de giro del cabezal.

Medidas de seguridad

Esta máquina debe estar equipada con un protector en la parte trasera que evita que salgan despedidos hacia el usuario. La protección consiste en una chapa que cubre la parte trasera de elementos cortantes.

Obligatoriamente, el operario debe llevar casco de protección, rejilla o pantalla. Por otro lado, si el terreno está sembrado de objetos o piedras sueltas, resulta conveniente que utilice ropa ceñida y cómoda, resistente, para proteger su cuerpo de posibles impactos por proyección.

La parte frontal no va protegida y, por ello, es necesario prestar mucha atención a las personas que pudieran encontrarse en las proximidades del operador. Como norma general, la persona que utilice la desbrozadora debe asegurarse de que no tiene a nadie a menos de 15 metros, especialmente delante de él.

También es conveniente utilizar protectores para los ojos y los oídos, así como guantes amortiguados y con superficie antideslizante de agarre para evitar roces y golpes en las manos y botas de seguridad con suela antideslizante.

Accesorios

• Disco metálico, mucho más potente que el hilo de nailon, y que corta matorral y hierbajos grandes. Tienen entre 3 y 22 dientes, estos últimos para cortar madera.
• Corta-setos.
• Sierra o podador con dientes, para cortar arbustos y ramas.

Antes de la invención y de la adopción de la desbrozadores mecanizados, en lugares donde resulta poco práctico o poco económico el uso de un cortador, las hierbas se cortaban a mano usando la guadaña o la hoz.