Jorge Carlos Fernández Francés

Tula Technology ha aplicado a los motores eléctricos parte del ingenio algorítmico que desarrolló originalmente para hacer que los motores de combustión interna ahorren combustible. La compañía de Silicon Valley se está enfocando en un diseño de motor que no se encuentra en muchos vehículos eléctricos ahora, pero que bien podría ser común dentro de algunos años.

Se llama motor de reluctancia síncrono, en el que el rotor lleva un material ferromagnético como el hierro en lugar de un imán permanente. El rotor se mueve bajo la influencia de la reticencia magnética, inducida en sus polos por la fuerza electromagnética ejercida por los polos de la contraparte estacionaria del rotor, o estator. Es sincrónico porque el rotor se mueve al paso del campo magnético giratorio; en tal diseño, el rotor y el estator tienen el mismo número de polos.

«La mayoría de las compañías de motores los están mirando», dijo John Fuerst, jefe de ingeniería de Tula, a IEEE Spectrum.

Esto se debe a que los motores de reluctancia prescinden de imanes permanentes basados ​​en tierras raras. Esos materiales provienen principalmente de China, un jugador cada vez más importante en la industria de los vehículos eléctricos, y los fabricantes competidores en otros lugares, comprensiblemente, buscan un grado de independencia de ellos.

Hay otros sabores de motor de desgana. Tesla esconde imanes permanentes dentro del rotor, lo que llama un motor de reluctancia síncrona de imán permanente. Como informamos hace unas semanas, Turntide Technologies está trabajando en un motor no síncrono, es decir, un motor de reluctancia conmutada, en el que el rotor tiene menos polos.

Esta es la primera incursión de Tula en la tierra de los vehículos eléctricos. La empresa fue fundada en 2008 por Adya Tripathi, famosa por ser la primera en introducir un chip amplificador de clase D, el TA1101, en 1996. Se utilizó en el Power Mac G4 Cube de Apple. La empresa continuó trabajando en algoritmos de procesamiento de señales para optimizar los motores de combustión interna. El sistema de gestión resultante, Dynamic Skip Fire, apaga selectivamente algunos de los cilindros de un motor cuando el motor está funcionando con poca carga. GM (un inversor en Tula) ha incorporado este sistema en más de un millón de sus vehículos hasta ahora.

Fuerst dice que otras empresas también han utilizado la conmutación selectiva de cilindros, pero afirma que Dynamic Skip Fire puede ahorrar más combustible, hasta un 15 por ciento, para un V-8 grande. Los motores con menos cilindros obtienen mejoras menores.

Puede utilizar estos métodos de optimización en cualquier tipo de central eléctrica. «Skip Fire surgió de una filosofía de control común: encontrar el punto óptimo para una máquina, no me importa qué máquina», dice R. Scott Bailey, director ejecutivo de Tula. “Es el mismo problema de pensamiento. Eso sustenta a toda la empresa «.

El nuevo sistema de Tula para motores síncronos de reluctancia, Dynamic Motor Drive, lleva el motor al punto óptimo en un mapa de eficiencia bidimensional que grafica la velocidad del motor en un eje contra el par en el otro. El principal desafío es proporcionar una gran cantidad de par al rotor en pulsos cortos, de modo que el par general se mantenga dulce.

“Pulsando campos magnéticos a un par más alto, puede mantener el efecto neto sobre el par en estado estable en el bajo deseado”, dice Fuerst. “Brinda la oportunidad de operar la máquina eléctrica de una manera que entrega el par que demanda el conductor con una eficiencia que normalmente solo se puede lograr con un par más alto.

La mayor parte del beneficio proviene del funcionamiento eficiente del motor en sí, pero también se obtienen ahorros en la electrónica de potencia, agrega. «A veces, el beneficio es mayor allí, por lo que también podría ser útil en máquinas no sincrónicas».

Hablando de máquinas no síncronas, ¿qué pasa con el motor de reluctancia conmutado promocionado por Turntide Technologies? Esa empresa afirma un ahorro del 64 por ciento en el uso de energía. ¿Cuánta energía ahorra el sistema de Tula en una máquina síncrona?

«Tenemos que tener nuestra parte de modestia en relación con algunos números de Turntide», dice Fuerst. “Estamos tratando de ver el ciclo completo y proyectamos ahorros del 2 al 3 por ciento. No parece mucho, pero cada porcentaje realmente cuenta.

“Si apaga la capacidad DMD, podría tener un alcance de, digamos, 100 millas. Enciéndalo y obtendrá 3 millas adicionales. Y si ahorra un pequeño porcentaje en su batería de 10.000 dólares, está bien, son unos cientos de dólares «.

La compañía ahora está probando su sistema en un Chevrolet Bolt convertido.

Independientemente de si los vehículos autónomos pueden desarrollar el tipo de razonamiento dinámico, adaptativo y de sentido común que los humanos son capaces de aprovechar (es decir, cuando prestamos atención), los AV ya han demostrado que su capacidad para aprovechar los sistemas de sensores para Ver en todas las direcciones a la vez puede resultar en el tipo de seguridad que los humanos no pueden igualar fácilmente.

El problema es que, en muchos casos, los vehículos autónomos aprenden a conducir observando a los conductores humanos. Entonces, si les estamos enseñando, ¿cómo pueden aprovechar eficazmente su hardware superior para lograr una seguridad superior?

Hace unas semanas, el CTO de Cruise tuiteó un ejemplo de uno de sus vehículos autónomos que demuestra un comportamiento de seguridad en el que se mueve para dejar espacio para un ciclista. Sin embargo, lo interesante de este comportamiento es que el AV lo hace con los ciclistas que se acercan rápidamente desde detrás del vehículo, algo que es mucho menos probable que un humano note, y mucho menos a lo que reaccione. Un buen truco, pero ¿qué significa y qué sigue?

En el video de arriba, a medida que el ciclista se acerca por la parte trasera derecha a un ritmo bastante bueno, puede ver que el vehículo autónomo se mueve un poco hacia la izquierda, lo que aumenta la cantidad de espacio que el ciclista puede usar para pasar por la derecha.

Una pregunta importante que realmente no vamos a abordar aquí es si esto es siquiera una buena idea en primer lugar, ya que (como ciclista) personalmente prefiero que los autos sean predecibles en lugar de hacer a veces cosas extrañamente agradables que yo podría no estar preparado para. Pero esa es una de las cosas que complican a los ciclistas: somos impredecibles. Y para los AV, lidiar con cosas impredecibles es notoriamente problemático.

El enfoque de Cruise para esto, explica Rashed Haq, vicepresidente de robótica de Cruise, es tratar de darle a su sistema autónomo una idea de lo impredecibles que pueden ser los ciclistas y luego planificar sus acciones en consecuencia. Cruise ha recopilado millones de millas de datos del mundo real de sus vehículos sensorizados que incluyen ciclistas que hacen todo tipo de cosas. Y su sistema ha construido un modelo de qué tan seguro puede ser que cuando vea a un ciclista, pueda predecir con precisión lo que hará ese ciclista a continuación.

“Existe cierta incertidumbre sobre lo que es probable que haga un ciclista solo en función de su intención, y luego existe la posibilidad de que se caiga y cosas así”, dice Haq. «Entonces, si tiene datos históricos, que lo ayuden a comprender cómo es probable que se comporten los ciclistas, junto con estas otras cosas potenciales que pueden suceder con los ciclistas, entonces estos nuevos comportamientos surgirán del objetivo de seguridad».

Básicamente, basándose en su comprensión de la imprevisibilidad de los ciclistas, Cruise AV determinó que la probabilidad de una interacción segura mejora cuando les da a los ciclistas más espacio, por lo que eso es lo que intenta hacer siempre que sea posible.

Este comportamiento ilustra algunas de las diferencias críticas entre los vehículos autónomos y los conducidos por humanos. Los seres humanos conducen con una conciencia situacional relativamente limitada y lidian con cosas como la incertidumbre principalmente en un nivel subconsciente. Los AV, por otro lado, predicen constantemente el futuro de formas muy explícitas. Los seres humanos tienden a tener ventaja cuando sucede algo inusual, porque somos capaces de aplicar instantáneamente el valor de toda una vida de conocimiento de sentido común sobre el mundo a nuestro proceso de toma de decisiones. Mientras tanto, los AV siempre están considerando el próximo curso de acción más seguro en todo el espacio que pueden predecir.

«Creo que muchos de estos comportamientos emergentes se basan en el tipo de datos que estamos observando, y luego, cuando aplicamos nuestro objetivo de seguridad, surge de ese proceso», dice Haq.

Comportamientos como estos van mucho más allá de los ciclistas, por supuesto, y a medida que el sistema Cruise acumula más datos sobre eventos inciertos, podrá predecir mejor cuándo agregar esos márgenes adicionales de seguridad. Honestamente, es emocionante pensar en estas formas específicas en las que los vehículos autónomos están trascendiendo a los humanos en lo que respecta a la seguridad, con estos comportamientos que no son realistas de esperar de los conductores humanos. Esto no quiere decir que los AV harán que los conductores sean generalmente más seguros en un futuro cercano, ya que todo lo que saben hacer se basa en lo que pueden predecir, y el mundo es un lugar impredecible. Pero ejemplos como estos son un buen recordatorio de que los robots tienen mucho que ofrecer y que nuestra expectativa no debería ser un rendimiento a nivel humano, debería ser mejor.

Hace mucho tiempo que la raza humana inventó la rueda. Obviamente, ha cambiado mucho desde su probable uso inicial en cerámica, que ahora sirve como medio de transporte para el rover Perseverance en Marte. Pero los investigadores diseñaron recientemente un neumático nuevo, que cambia de forma y se parece al origami, capaz de alterar su propia estructura, según un estudio publicado en la revista Science Robotics.

El nuevo neumático puede cambiar entre una forma más alta y delgada más convencional y otra estructura más baja y gruesa. Este diseño modular significa que las llantas pueden brindar a los conductores ventajas significativas que las estructuras de llantas estáticas de una sola forma no pueden igualar.
Los nuevos prototipos de ruedas podrían servir como una opción de utilidad en mundos alienígenas

A pesar de su nombre difícil de manejar; «Rueda transformable de origami de alta capacidad», el nuevo diseño utiliza lo que se llama un patrón de origami de teselación de bomba de agua, que suena mucho más fresco, para cambiar de sus formas pequeñas y grandes mientras está en uso. Las ruedas de origami como esta nueva no son exactamente un invento nuevo, pero los diseños anteriores no eran excelentes para soportar cargas durante el proceso de transición. Y una rueda que puede transformarse pierde su valor de uso cuando el conductor necesita quitar todo del vehículo para cambiar la estructura del neumático.

Sin embargo, la nueva rueda puede soportar más de 2248 libras (1019 kg), incluso cuando su forma está experimentando la transición. El diseño de origami de la nueva rueda emplea membranas flexibles que se pliegan hacia afuera entre las dos configuraciones. El nuevo concepto central ofrece flexibilidad y suavidad, lo que le permite absorber los golpes y las distorsiones de una forma irregular del suelo, similar a los neumáticos de goma convencionales. Además, la banda de rodadura del neumático nuevo lo ayuda a rodar por terrenos variables.

El estado delgado pero alto ayuda al vehículo a trabajar en el suelo con obstáculos esparcidos, mientras que la estructura de llanta corta y gruesa distribuye la fricción para viajar con mayor suavidad, por ejemplo, sobre arena.

Si bien estas nuevas ruedas probablemente no vendrán equipadas en su próximo viaje con trucos, tienen aplicaciones sustanciales para vehículos que atraviesan los paisajes alienígenas de cuerpos extraterrestres, como Marte o la luna. Si un futuro rover alguna vez usara ruedas como estas, las ruedas se convertirían en un medio más eficiente de transferir energía al suelo a través del movimiento cinético, lo que conservaría energía y prolongaría la vida útil del rover.

Estas ruedas también pueden eliminar la necesidad de que los ingenieros diseñen ruedas con anticipación para manejar con habilidad cada paisaje imaginable, algo increíblemente difícil cuando estás a cien millones de millas del terreno en cuestión.

Las ruedas que cambian de forma todavía carecen de atractivo en el mercado

El equipo de investigación detrás del nuevo concepto de rueda modular involucró a la Universidad Nacional de Seúl, la Universidad de Harvard y Hankook Tire and Technology Co., quienes admitieron colectivamente que el nuevo prototipo de rueda lamentablemente carece de un punto de venta comercial competitivo, por el momento. Pero el equipo cree que su atractivo en el mercado puede mejorar mediante la integración del prototipo con el proceso de fabricación de neumáticos de caucho convencional.

La rueda todavía está evolucionando, ya que los materiales, compuestos y diseños de la banda de rodadura de los neumáticos que utilizamos para emplearlos avanzan constantemente en complejidad, con gran parte del impulso para adaptarse impulsado por aplicaciones militares e industriales. Si bien un neumático similar al origami es probablemente demasiado complicado para las vías públicas, los casos especiales como los rovers en otros planetas podrían tener una nueva opción bienvenida en la próxima década.