Las empresas de robótica y las instituciones de investigación de "Silicon Saxony" producen cada vez más innovaciones reconocidas internacionalmente en tecnologías robóticas. A ello contribuyen las empresas derivadas de las universidades y las nuevas empresas de robótica, así como las empresas de automatización ya establecidas y los clusters de excelencia únicos. Ahora se ha formado la alianza "Robot Valley Dresden" para elevar el perfil de la región como valle de las tecnologías robóticas y aumentar su fuerza económica en este campo.
Fig. 2: Relación robot-humano - el robot humanoide 'Pepper' ha estado apoyando la investigación de la Cátedra de Sistemas Dinámicos Adaptativos en TU Dresden desde noviembre de 2018"Numerosas empresas que están involucradas en la robótica de una manera u otra ahora se han establecido en Dresden y sus alrededores", enfatizó Robert Franke, Jefe de la Agencia de Desarrollo Económico de Dresden. La robótica complementa muy bien los focos de la industria microelectrónica y de software de Silicon Saxony, en conjunción con el potente sector de la ingeniería mecánica de la región, que también se basa en la fuerte época de la ingeniería de precisión y la tecnología de máquinas de oficina, así como en la industria relojera de la historia de Sajonia. Como resultado, la capital del estado de Sajonia puede y quiere marcar sus propios acentos en tecnologías robóticas y hacerse un nombre como baluarte de la robótica. La visión es tener su propio centro de producción de robots.
Para promover esta tendencia, expertos en robótica fundaron a mediados de 2020 la alianza "Robot Valley Dresden". El objetivo es inspirar a las pequeñas y medianas empresas para que utilicen las nuevas tecnologías y, en particular, desarrollen soluciones de automatización basadas en robots que permitan a humanos y robots realizar tareas juntos en el mismo entorno de trabajo. El coordinador es el profesor Steffen Ihlenfeldt, del nuevo Centro Fraunhofer de Sistemas Ciberfísicos de Producción (CPPS) de la Fraunhofer IWU y del Instituto de Ingeniería Mecánica Mecatrónica de la TU Dresden. "Nuestra alianza garantizará que la robótica sea un buque insignia de Dresde a largo plazo".
El profesor Welf-Guntram Drossel, director de la Fraunhofer IWU, subrayó en este acto que la pandemia de coronavirus ha demostrado lo importante que es en Alemania y Europa una nueva forma de fabricar más flexible y a prueba de crisis: "Necesitamos máquinas, robots y fábricas que puedan compensar rápidamente el colapso de las cadenas de suministro y los empleados enfermos. Los robots y sistemas del futuro deben ser capaces de aprender rápidamente de otra máquina en China o el norte de Italia, a miles de kilómetros de distancia, cómo producir el componente necesario aquí en Alemania".
En Dresde, Volkswagen, los fabricantes de chips Infineon y Globalfoundries, así como los cirujanos de alta tecnología del hospital universitario, son importantes usuarios de la tecnología robótica que pueden aplicar inmediatamente las innovaciones de los desarrolladores regionales y apoyar los avances con su experiencia en aplicaciones y hardware. Los especialistas en automatización de Dresde AIS Automation Dresden GmbH, Fabmatics GmbH, SYSTEMA Systementwicklung GmbH y XENON Automatisierungstechnik GmbH son también actores clave en el creciente Robot Valley Dresden. Son los mejores expertos en la post-automatización robotizada de grandes fábricas. Como fundadores de la "Automation Network Dresden" (ANT), cada año reúnen en Dresde a expertos de empresas líderes de todo el mundo, desde EE.UU. hasta Japón, con motivo del "Innovation Forum for Automation" internacional, para debatir las tendencias, requisitos, desarrollos y experiencias del sector en la automatización de la fabricación de alta tecnología. Siguiendo la estela de Corona, el 18º Foro de Innovación para la Automatización se transformó en una serie de eventos digitales en los primeros cuatro meses de este año.
La estrategia de robotización de Infineon, que se introdujo tras la crisis de 2008/2009, fue y sigue siendo controvertida, pero desde hace tiempo se considera un modelo para la industria europea de semiconductores. Gran parte de la tecnología para la posterior automatización de los antiguos módulos de la fábrica de chips para obleas de 200 mm de Infineon Technologies Dresden GmbH fue diseñada y construida por empresas especializadas de la región, como Fabmatics (una fusión de Hap y Ortner). Por un lado, en estas fábricas trabaja ahora mucho menos personal con volúmenes de producción comparables a los de antes y, por otro, se pueden cumplir requisitos de calidad mucho más elevados, por ejemplo para la industria automovilística. Esto y la conversión a la tecnología del cobre generaron pedidos y la producción de 200 mm es ahora más competitiva dentro del grupo e internacionalmente, se evitó el peligro del orco económico de la filial de chips de memoria Infineon. Los robots colaborativos de Metralabs GmbH Ilmenau están omnipresentes en las fábricas de chips de Dresde: "Algunos tienen ojos de foca, otros sólo brazos. Algunos permanecen estoicamente de pie y realizan los mismos movimientos de acero con las manos durante horas y horas. Otros ruedan por los pasillos de la sala blanca y esquivan obedientemente a los compañeros humanos que encuentran", informa el portal de noticias Oiger. "Fue una suerte que les dejáramos la cabeza puesta", dice Harald Heinrich, experto en automatización de Infineon. "Como resultado, los empleados aceptaron mucho mejor a los robots".
Y los ingenieros e investigadores del Cluster of Excellence Centre for Tactile Internet with Human-in-the-Loop de la TU Dresden CeTI, que colabora estrechamente con el Fraunhofer CPPS en la alianza, ya están pensando unos años más adelante. Quieren hacer que habilidades como el ensamblaje de precisión, tocar el piano u hornear pasteles puedan transferirse libremente entre humanos y máquinas, de modo que una vez que un maestro, humano o robot, haya adquirido una habilidad, nunca más se pierda. Esto democratiza las habilidades, haciéndolas accesibles a todo el mundo, de forma similar a la democratización del conocimiento a través de Internet, explicó el portavoz del CeTI, el profesor Frank Fitzek.
El "Robo-Operador" de Industrie-Partner GmbH, de Coswig, cerca de Dresde, desarrollado conjuntamente con la Fraunhofer IWU (rama de Dresde del instituto), está pensado para absorber los picos de pedidos y el aumento de las tasas de enfermedad. Este trabajador temporal artificial puede enrollarse a las máquinas herramienta para que, tras un breve periodo de formación, sustituya en el turno de noche al compañero humano que falte. "Sin embargo, nuestro enfoque no consiste en dejar en paro a trabajadores cualificados", subraya Ralf Hock, socio gerente. "El problema de la mayoría de las empresas es que ya no encuentran buenos fresadores o torneros CNC en el mercado laboral. Gracias a nuestro Robo, las PYME también podrán aceptar en el futuro pedidos que antes sólo merecían la pena para empresas altamente automatizadas".
Gerhard Schubert, fabricante francona de máquinas de embalaje, está creando el centro de desarrollo "Schubert Motion" en la capital de Sajonia. El objetivo es enseñar a los robots de Schubert, mediante sistemas de control inteligentes, a no estorbarse unos a otros incluso cuando trabajan a gran velocidad en las fábricas. Así se evitarán accidentes, aumentará la productividad y se podrán realizar reparaciones preventivas.
Fig. 3: En el acto de fundación del Centro CPPS 2019, el Ministro Presidente de Sajonia, Michael Kretschmer, dio la bienvenida a la IWU de Dresde a la Ministra Federal de Educación e Investigación, Anja Karliczek, y al Presidente de la Fraunhofer-Gesellschaft, Prof. Reimund Neugebauer.
Fig. 4: El profesor Welf-Guntram Drossel (dcha.) explica la tecnología de los robots cognitivos
La agencia de desarrollo económico de la capital del Estado federado quiere promover la robótica como módulo de la red tecnológica "Smart Systems Hub" de Dresde y, sobre todo, ofrecer cada vez más oficinas, plantas piloto y espacio de construcción en los parques y centros tecnológicos municipales a spin-offs de institutos y empresas de robótica que quieran establecerse aquí.
El centro tecnológico "Universelle Werke" de Dresde se amplió a partir de 2017 con especial atención a las empresas de construcción ligera y robótica(PLUS número 7/2019 p. 1092). Además de un centro surcoreano de construcción ligera y partes del ILK de la TU Dresde, también se han instalado aquí Krauss-Maffei Technologies (robots Kuka), restos de Plastic Logic GmbH, el Fraunhofer CPPS y un instituto DLR. Ahora, la empresa de software para robots Coboworx GmbH, de Renania-Palatinado, también ha trasladado aquí su sede. "La rapidez y la interdisciplinariedad de Dresde nos convencieron. Por eso nos trasladamos al corazón de la región tecnológica de "Silicon Saxony". "El entorno tecnológico y la infraestructura científica de aquí nos convienen", explica el cofundador Olaf Gehrels. En un proyecto conjunto con la Fraunhofer IWU, quieren reconocer y eliminar los posibles riesgos para la seguridad de las personas antes de utilizar robots colaborativos (cobots) en las fábricas. Los cobots son robots que trabajan mano a mano con colegas humanos en lugar de en una jaula blindada, como hacen los robots industriales tradicionales. La solución preferida en el proyecto es un gemelo digital, una especie de simulación informática de toda la planta de producción. De este modo, las pruebas de seguridad pueden realizarse mientras se ensamblan los robots.
 Fig. 5: Las muestras de desarrollo de los robots Metralabs para tecnología de semiconductores, que se presentaron en Semicon 2013, interrumpieron rigurosamente una rueda de prensa: querían llevar a cabo su misión - "transportar cajas de obleas de A a B"-, pero el (entonces) Ministro Presidente de Sajonia Stanislaw Tillich y Heinz-Martin Esser (Director General de Silicon Saxony y más tarde también de Fabmatics) se interpusieron en el camino |
 Fig. 6: Prof. Frank Fitzek y Prof. Gerhard Fettweis |
La spin-off de la TU Dresden Wandelbots también está desarrollando chaquetas con sensores y bolígrafos con los que cualquier trabajador cualificado puede entrenar a un robot para un nuevo trabajo en su empresa sin ningún conocimiento de programación y convertirlo así en un cobot. Además, el uso de robots va a ser tan barato y sencillo que en el futuro cualquier pequeño taller de traspatio podrá permitirse un robot. El autor informó de ello en el número 11/2020 de PLUS, página 1529.
A la profesora Ulrike Thomas, de la Universidad Politécnica de Chemnitz, le gustaría crear en Sajonia sus propios fabricantes de robots sensibles y capaces de caminar, aptos para su uso como cobots. El profesor Thomas y el estudiante de doctorado Hongxi Zhu han patentado una articulación robótica flexible. Su objetivo es evitar que los asistentes artificiales de acero, plástico y silicona lesionen a las personas con las que interactúan. El Instituto Barkhausen de la Universidad Técnica de Dresde quiere que estos robots, que trabajan directamente con y junto a los humanos, sean más fiables. Confiabilidad para la Internet táctil de los objetos" es el nombre oficial de esta organización de investigación. El fundador del Instituto Barkhausen, el profesor Gerhard Fettweis, lo explica de forma más sencilla: "Queremos evitar que los robots empiecen de repente a abofetear a la gente".
En la Cátedra de Máquinas y Tecnología de Procesamiento de la Universidad Técnica de Dresde se desarrolló un robot paralelo o delta para aplicaciones industriales especialmente rápidas. El joven equipo de investigación fundó Rovobotik GmbH en Freital, cerca de Dresde, a principios del año pasado. El objetivo es desarrollar robots pick and place especialmente rápidos y potentes basados en el sistema de automatización IndraMotion MLC y el soporte de ingeniería de Rexroth.
El profesor Oliver Schmidt, especialista en nanotecnología, ha desarrollado en el Instituto Leibniz de Investigación de Materiales y Estado Sólido de Dresde, junto con la Universidad Tecnológica de Chemnitz, el robot médico más pequeño del mundo con un accionamiento de boquilla microelectrónica controlable. Mide menos de un milímetro y consta de dos cilindros acoplados a un depósito de peróxido de hidrógeno. Los campos magnéticos pueden utilizarse para influir en cuál de los dos tubos se crean burbujas de oxígeno que luego se expulsan como en el motor de un cohete. Gracias al doble accionamiento, los microrobots pueden incluso controlarse en función de su dirección. Aunque el Leibniz-IFW se amplió en 2014 para incluir un centro técnico con un complejo de oficinas en la llamada "milla tecnológica", en el flanco sur del campus de la TU Dresde, el instituto ya está a reventar: "Actualmente nos faltan más de 150 puestos de trabajo", afirma el director Büchner. "También necesitamos más espacio porque queremos ampliar nuestra cooperación con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Dresde y apoyar la especialización de jóvenes investigadores".
Naves de producción de Fabmatics GmbH
Un nuevo sistema de sensores robotizados de la TU Bergakademie Freiberg permitirá vigilar en tiempo real presas y embalses de agua potable, así como lagos mineros a cielo abierto recién inundados. Esto significa que incluso los cambios ecológicos e hidrológicos a corto plazo serán inmediatamente visibles. Para ello, los científicos llevan un año desarrollando sensores especiales en el marco del proyecto del FSE "Vigilancia de aguas continentales asistida por robots", que pueden medir, entre otras cosas, la temperatura, la presión, el valor de pH, el contenido de fosfato o mercurio, así como el contenido de gas y sólidos. Un sonar escaneará el agua desde el fondo hasta la superficie. Conectado al robot nadador autónomo, que también se ha desarrollado, todos los datos relevantes se registran continuamente durante el trayecto y se envían a una estación base en la orilla. Allí, los datos se procesan con ayuda de inteligencia artificial y se visualizan en tres dimensiones en realidad virtual. "Con estos hallazgos, podemos comprender aún mejor el agua como recurso, garantizar su alta calidad para las personas y el medio ambiente y desarrollar conceptos para un uso más sostenible", explica la profesora Yvonne Joseph, coordinadora del proyecto.
El gigante del chip Intel quiere que los "robots sientan". En julio del año pasado, un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur presentó a los miembros de la Intel Neuromorphic Research Community unos resultados que demuestran lo prometedor de la visión basada en eventos y la detección táctil en combinación con el procesamiento neuromórfico de Intel para la robótica. El resultado es un novedoso sistema robótico con sensores de visión y piel artificial basados en eventos que utiliza el chip de investigación neuromórfica Loihi de Intel. El sentido del tacto humano es lo suficientemente sensible como para sentir la diferencia entre superficies que sólo difieren en una capa molecular. Los investigadores esperan conseguir la misma sensibilidad, o incluso mayor, con la piel artificial que han desarrollado, que, según los resultados de sus investigaciones, puede reconocer el tacto más de 1.000 veces más rápido que el sistema nervioso sensorial humano e identificar la forma, textura y dureza de los objetos diez veces más rápido que un parpadeo.
 Fig. 7: Tecnología robótica Kuka en el Infomóvil CeTI |
 Fig. 8: Centro tecnológico "Universal Works" de Dresde |
Cuando el profesor Thomas Mikolajick fue nombrado catedrático del Instituto de Tecnología de Semiconductores y Microsistemas en 2009 y asumió la dirección científica de Namlab gGmbH, estableció como objetivos de su investigación y tareas para el Namlab la investigación de sistemas de materiales para nuevos conceptos de dispositivos y nuevas tecnologías de almacenamiento basadas en nanotecnologías, así como el ajuste específico para cada aplicación de las propiedades de las capas eléctricas. Parte de la investigación del Namlab se centra en la tecnología de ferroalmacenamiento. El profesor Mikolajick ya había trabajado en la integración de la tecnología de memoria ferroeléctrica en la producción de semiconductores como jefe de equipo en Infineon (Múnich) en 1999 y, junto con su equipo, la desarrolló hasta convertirla en la más moderna tecnología de memoria ferroeléctrica de óxido de hafnio en colaboración con el fabricante de semiconductores por contrato Globalfoundries, con el fin de ofrecer memorias no volátiles de primera clase para futuras innovaciones en electrónica y tecnología de la información. Sobre esta base, en 2016 se creó Ferroelectric Memory GmbH (FMC). Actualmente trabaja con importantes empresas de semiconductores en una solución de memoria integrada e independiente. La tecnología de memoria FMC utiliza las propiedades ferroeléctricas del óxido de hafnio cristalino (HfO2), que en su forma amorfa ya es el material aislante de puerta de todos los transistores CMOS, desde los planares hasta los FinFET. La tecnología de transistor ferroeléctrico de efecto de campo (FeFET) y condensador (FeCAP) es fácil de integrar, rápida, de bajo consumo y escalable, y tiene una larga vida útil con décadas de retención de datos.
El principal inversor de FMC es eCAPITAL (principal inversor alemán en empresas derivadas como Sonnen GmbH y Novaled GmbH). Ahora participa también un consorcio internacional de capital riesgo. Se trata de la filial de capital riesgo Robert Bosch Venture Capital GmbH, la surcoreana SK Hynix Inc. (primer proveedor mundial de DRAM, NAND Flash y sensores de imagen CMOS), TEL Venture Capital (Tokyo Electron Ltd.) e imec.xpand (fondo de capital riesgo del centro de investigación belga imec). El capital se utilizará para seguir desarrollando la tecnología de chips de memoria ferroeléctricos basados en óxido de hafnio y para iniciar una expansión internacional en los mercados estadounidense y asiático. Para ello, el equipo de Dresde se ampliará de 23 a 62 empleados para finales de 2022. "El auge de la IA, IoT, Big Data y 5G requiere soluciones de memoria de nueva generación que permitan una velocidad superior y un consumo de energía ultrabajo y que, además, sean compatibles con los procesos lógicos CMOS más avanzados para garantizar una reducción de los costes de fabricación", ha declarado el CEO Ali Pourkeramati.
 Fig. 9: La start-up Ferroelectric Memory GmbH se integró en el centro tecnológico "NanoCenter Dresden |
 Fig. 10: El profesor Mikolajick en su conferencia inaugural en el IHM de TU Dresden en 2009 |
Lanzada en mayo de 2019 como proyecto derivado del Instituto de Tecnología de Embalaje de TU Dresden, MicroPack3D GmbH se fundó en agosto del año pasado. La empresa ofrece el desarrollo y la producción de paquetes electrónicos, así como servicios en el campo de la tecnología de envasado microelectrónico de una sola fuente. Un proceso especialmente desarrollado (tecnología KONEKT) para el contacto eléctrico y el empaquetado de chips sin empaquetar, unido a las posibilidades de la fabricación aditiva, acelera considerablemente la caracterización de chips en el desarrollo y la producción de conjuntos electrónicos. Esto permite una producción rápida y rentable incluso de las cantidades más pequeñas. Para las medianas empresas, en particular, esto supone la oportunidad de desarrollar nuevas áreas de negocio mediante la "fabricación electrónica rápida" o la producción de conjuntos personalizados sin elevados costes de instalación. En particular, la gran flexibilidad de la carcasa permite una rápida emulación y compatibilidad de pines con carcasas estándar para los sistemas de prueba adecuados de los clientes. La colaboración con un cliente piloto ha dado lugar ahora al primer acuerdo marco para paquetes de prueba de fabricación rápida en el campo de la electrónica de alto rendimiento. "Queremos ofrecer a otros clientes corporativos el 'empaquetado rápido' específico para dispositivos de alta potencia como parte importante del desarrollo rápido de productos. Dresde ofrece un entorno ideal para ello con el clúster de excelencia Cool Silicon en Silicio Sajonia", ha declarado el Director General y Jefe de Desarrollo, Dr. Andreas Krause.
Fuentes
Anuncios de los institutos de investigación
Silicon Saxony e.V. Boletín de noticias: silicon-saxony.de
Portal de noticias Oiger: computer-oiger.de
Sobre la persona
El Dr. Rolf Biedorf escribe para Leuze Verlag desde 1994 y lleva 10 años informando sobre la actualidad de la microelectrónica sajona en PLUS. Tras estudiar química, trabajó en la industria electrónica y, sobre todo, en la Universidad Técnica de Dresde en investigación y docencia en los campos de las tecnologías de capas y envasado en electrónica.
Dr Rolf Biedorf
