El Instituto Fraunhofer de Fiabilidad y Microintegración IZM investiga un nuevo método que permitirá a los sistemas electrónicos complejos controlarse a sí mismos. En el futuro, los llamados modelos de caja gris se utilizarán para detectar signos de desgaste o manipulación en sistemas electrónicos antes de que se produzca un fallo.
El nuevo proceso se está desarrollando y probando por primera vez con el ejemplo de aplicaciones críticas para la seguridad en los sectores automovilístico y ferroviario. Sin embargo, el principio básico también puede trasladarse a muchos otros ámbitos de aplicación.
Los vehículos contienen cada vez más componentes electrónicos que deben soportar cargas extremas durante mucho tiempo. Para garantizar la fiabilidad de la electrónica, en el pasado se ha recurrido a menudo al sobrediseño y la redundancia: Por ejemplo, los sistemas electrónicos o partes de ellos se instalan por duplicado, de modo que si se produce un fallo, el sistema electrónico suplente puede tomar el relevo hasta que se subsane el problema.
En el proyecto "SesiM", que se lleva a cabo bajo la dirección de Siemens desde 2021, los investigadores del instituto trabajan con otros socios en la cuestión de cómo los sistemas electrónicos complejos pueden validarse a sí mismos, es decir, evaluarse y comunicar lo bien que funcionan, por ejemplo, a través de un sistema integrado de semáforos. Es menos interesante que la electrónica esté rota o no, ya que algunas funciones pueden estar ya deterioradas antes de que un sistema falle, por ejemplo si los materiales se vuelven quebradizos. A menudo, estos signos de envejecimiento sólo pueden reconocerse muy tarde por la estabilidad mecánica del componente.
Los modelos de caja gris como combinación
Los modelos híbridos combinan las ventajas de los modelos físicos y los basados endatosLos participantes en el proyecto ven la clave de una autovalidación eficaz en los llamados modelos de caja gris. Se llaman así porque se basan tanto en el enfoque de caja blanca como en el de caja negra.
Los modelos de caja blanca son aquellos cuyo modo de funcionamiento es fácil de entender a nivel físico. Los investigadores del IZM son capaces de crear este tipo de modelos para determinar y predecir estados basados en procesos físicos y modelizar condiciones límite como la temperatura o la humedad.
Sin embargo, en el caso de los sistemas electrónicos complejos, es difícil registrarlos y controlarlos sólo a nivel físico. Para esos sistemas complejos se utilizan, entre otras cosas, modelos basados en estadísticas y grandes cantidades de datos, que utilizan métodos de inteligencia artificial. Sin embargo, lo que ocurre físicamente dentro del sistema sigue sin estar claro, de ahí el nombre de modelo de caja negra.
En la actualidad, los modelos de caja gris combinan ambos métodos de modelización. Por un lado, esta modelización híbrida permite procesar una gran cantidad de datos y evaluarlos de forma inteligente. Al mismo tiempo, los procesos físicos subyacentes también pueden registrarse y comprenderse en caso de cambios en la señal. Esto aumenta considerablemente la calidad de los datos disponibles.
De los circuitos de prueba a los prototipos
Hasta ahora, los modelos de caja gris han sido en gran medida territorio inexplorado en las aplicaciones prácticas. Por este motivo, los investigadores del proyecto trabajan actualmente en la descripción de circuitos sencillos tras la fase de conceptualización, que se irán haciendo más complejos a lo largo del proyecto de investigación. Las placas de circuitos de prueba se medirán y probarán con precisión durante la producción y en condiciones de funcionamiento, así como en condiciones límite extremas. Así se crea una huella digital del circuito de prueba.
El siguiente paso consiste en identificar aquellos parámetros dentro de las enormes cantidades de datos que son realmente relevantes para la representación del sistema. A partir de ahí se crea un modelo, teniendo en cuenta los conocimientos físicos, que reconoce las desviaciones de un estado ideal previamente definido. El objetivo es reconocer rápidamente manipulaciones externas y predecir signos de desgaste en una fase temprana. Más adelante está previsto convertir las placas de circuitos de prueba en prototipos para aplicaciones de automoción y ferroviarias y evaluar con ellos los modelos creados.
Potencial de amplia aplicación
Un proyecto de seguimiento se centrará en la aviación. Sin embargo, también son concebibles aplicaciones fuera del sector de la movilidad, por ejemplo en tecnología médica o aerogeneradores remotos de difícil acceso para su supervisión externa periódica y mantenimiento preventivo. No obstante, el objetivo principal del proyecto es demostrar que el principio básico de autovalidación de sistemas electrónicos mediante modelos de caja gris funciona. Si se consigue, la fiabilidad de los sistemas electrónicos podrá aumentar considerablemente en el futuro.
El proyecto SesiM se puso en marcha el 1 de julio de 2021 con los socios Siemens, Robert Bosch, Aucoteam, Göpel electronic, Gestalt Robotics y la Universidad de Stuttgart.
