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C2I 2022: ganador de Tecnología de Fabricación - ¡Serpientes por todas partes!

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Un avanzado robot con forma de serpiente desarrollado originalmente para el sector aeroespacial podría acabar transformando las operaciones de mantenimiento y fabricación in situ en una serie de entornos de difícil acceso

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Categoría: Tecnología de fabricación - patrocinado por High Value Manufacturing Catapult

Patrocinador principal: Babcock International Group

Proyecto: Serpientes por todas partes: del sector aeroespacial al médico y más allá

Socios: Rolls-Royce Plc con la Universidad de Nottingham

Evitar los tiempos de inactividad es una prioridad para cualquier empresa de ingeniería. Y para Rolls-Royce plc, cuyo modelo de negocio pionero de "energía por horas" depende de la disponibilidad de sus activos, la necesidad de una tecnología capaz de mantener en funcionamiento los motores a reacción y evitar interrupciones ha sido durante mucho tiempo un motor clave de la innovación.

La última herramienta de la empresa -ganadora del premio C2I de este año en la categoría de tecnología de fabricación- representa un avance apasionante en este campo en rápida evolución que podría beneficiar no sólo al sector aeroespacial, sino a un sinfín de áreas de aplicación en entornos de difícil acceso.

Desarrollado gracias a una larga colaboración con investigadores de la Universidad de Nottingham, el robot continuo con forma de serpiente es un robot flexible capaz de transportar una serie de herramientas para realizar procesos avanzados en el interior de un motor a reacción sin tener que desmontarlo del ala. Rolls-Royce afirma que el dispositivo es más adaptable, más diestro y más fácil de controlar que los dispositivos in situ existentes en el mercado (como los boroscopios), que carecen del alcance y la destreza necesarios para realizar tareas exigentes como la reparación o el mantenimiento de componentes.

El equipo responsable de esta tecnología, que abarca disciplinas como la robótica, la mecatrónica, la fotónica y la integración de sistemas, ha llevado el concepto hasta la industrialización y ahora trabaja con una serie de socios para dar el salto del nivel 6 de preparación tecnológica a la plena comercialización.

Andy Norton, especialista en tecnología in situ de Rolls-Royce, explicó a The Engineer que la iniciativa se basa en varios proyectos anteriores de robots serpiente dirigidos por los equipos de Rolls-Royce y Nottingham y respaldados por el Instituto de Tecnología Aeroespacial e Innovate UK.

Entre estos proyectos se encuentran COBRA (que supuso el desarrollo de un robot serpiente muy delgado con un paquete de actuadores modulares); FLARE (un proyecto que dio lugar a dos serpientes robóticas que trabajan juntas para realizar reparaciones de revestimientos in situ), CHIMERA (un robot semiautónomo para la inspección de recipientes a presión) y REINSTATE (que realizó avances en actuación, detección y control avanzados). El último sistema, explicó Norton, representa "un sistema más escalable, más robusto, más adaptable y más listo para el uso sobre el terreno que el mostrado en proyectos anteriores"

La disponibilidad de herramientas robóticas para serpientes permitirá realizar más trabajos in situ, más trabajos a distancia o de forma autónoma y métodos de reparación más complejos

Andy Norton - Especialista en tecnología in situ, Rolls-Royce Plc

Según Norton, la implantación de esta tecnología podría reportar grandes beneficios al sector de la aviación civil. "Ampliar el tiempo en vuelo y reducir el número de desmontajes imprevistos de motores es vital para la sostenibilidad de las empresas" Es más, explicó, tiene algunas ventajas convincentes sobre los métodos actuales: "Aunque hoy en día existen herramientas convencionales, como los boroscopios y las sopladoras de orificios, que son muy útiles para evaluar el estado del motor y solucionar problemas como los daños causados por objetos extraños en el compresor, la disponibilidad de herramientas robóticas de serpiente permitirá realizar más trabajos in situ, más trabajos a distancia o de forma autónoma, y métodos de reparación más complejos"

Norton añadió que tecnologías avanzadas como ésta son en realidad esenciales para que los sistemas de mantenimiento sigan el ritmo de los continuos avances en la tecnología de los motores. "A medida que las arquitecturas y los materiales de los motores se hacen más complejos para mejorar la eficiencia del combustible, la reparación y el mantenimiento de estas piezas a lo largo de toda su vida útil se convierte en un reto cada vez mayor; sólo mediante el despliegue de un sistema robótico serpiente diestro y comercialmente preparado podrían plantearse siquiera estas reparaciones in situ."

La complejidad tecnológica del proyecto ha exigido, como era de esperar, un alto grado de colaboración. "La tecnología es compleja y polifacética (el hardware robótico, el control y el software, la herramienta de inspección y reparación en la punta)", explica Norton. "Mi papel es reunir a las personas adecuadas con las especialidades adecuadas y aplicar el pensamiento sistémico y la gobernanza de proyectos necesarios para garantizar el éxito del proyecto"

Más allá del proyecto inmediato, también ha habido una amplia colaboración con la red de investigación más amplia en el desarrollo de las herramientas y procesos que podría desplegar el robot. "Por ejemplo, se ha trabajado con Metallisation en la reparación de revestimientos, con OpTek en la ablación por láser y con Clifton Photonics en el análisis de la contaminación", explica Norton. "En los próximos años, estos efectores finales miniaturizados alcanzarán la madurez suficiente y estarán plenamente validados para su uso en motores aeronáuticos, lo que aportará nuevas ventajas a Rolls-Royce y sus clientes"

Aunque se desarrolló originalmente para aplicaciones de reparación aeroespacial in situ, la tecnología tiene potencial en una serie de entornos de acceso restringido. De hecho, ya se han probado con éxito versiones del robot en campos como la energía nuclear, las telecomunicaciones, las infraestructuras e incluso la cirugía. "El equipo ha colaborado con usuarios finales de otros sectores, como el nuclear y el del petróleo y el gas", explica Norton. "En el desmantelamiento de centrales nucleares, por ejemplo, hay limitaciones en cuanto al tiempo que los operadores manuales pueden dedicar a tareas dentro de entornos peligrosos; a través del proyecto RAIN, financiado por el gobierno británico, el equipo de Nottingham ha desarrollado prototipos de serpientes de inspección con guantera que pueden manejarse desde el exterior, aumentando así la productividad. En el sector del petróleo y el gas hay una red de tuberías y recipientes de almacenamiento que periódicamente deben inspeccionarse y repararse, pero a los que los mecánicos no pueden acceder fácilmente sin desconectar el activo; a través del proyecto CHIMERA, el equipo colaboró con Forth Engineering and Metallisation para demostrar un posible método de reparación in situ mediante la serpiente"

El equipo de la Universidad de Nottingham ha colaborado incluso con un destacado cirujano de garganta del Reino Unido para conocer la viabilidad de la herramienta robótica de la serpiente en el tratamiento de los cánceres de garganta y laringe.

En la actualidad, el equipo del proyecto está industrializando el sistema y colaborando con diversas empresas para asegurarse de que la tecnología reúne todas las características necesarias para su aplicación práctica. "Aunque es necesario seguir trabajando en el desarrollo durante el próximo año aproximadamente, se espera que Rolls-Royce empiece pronto a poder utilizar estos dispositivos para inspecciones complejas dentro de la red mundial, ayudando así a mantener los motores de los reactores en vuelo y reduciendo las molestias a los clientes"