Durante los últimos años, la humanidad asiste a una eclosión continua de aplicaciones que contienen algoritmos basados en inteligencia artificial. Ejemplos de su uso cotidiano van desde un smartphone con reconocimiento facial integrado hasta dispositivos que permiten controlar nuestra salud cardiovascular. De igual forma, la inteligencia artificial está permeando fuertemente en la industria y su influencia es tal que se puede llegar a calificar nuestra época como la de inicio de la cuarta revolución industrial. La industria 4.0 acentúa la idea de una continua digitalización eficiente de los procesos controlando y gestionando los datos masivos generados por la misma, analizándolos y buscando interrelaciones ocultas mientras que todos dispositivos del sistema están interconectados digitalmente. Definitivamente, esta época está indudablemente marcada por la implantación masiva de la robótica, el internet de las cosas (IoT), los gemelos digitales (Digital Twins) y la inteligencia artificial.

La fabricación y manufactura no son campos ajenos a la industria 4.0. De hecho, la fabricación inteligente constituye uno de los grandes pilares de esta industria y es uno de los puntos en los que la inteligencia artificial puede proporcionar, sin duda alguna, mayores beneficios. La optimización de los procesos productivos trae consigo innumerables mejoras que van desde la reducción de la huella de carbono a la utilización racional y eficiente de materias primas escasas.

El proyecto MAT4.0 (Fabricación inteligente de materiales avanzados para la energía, el transporte y la salud), coordinado por IMDEA Materiales y financiado por la Comunidad de Madrid dentro de la Convocatoria Tecnologías 2018, pretende, como uno de sus grandes objetivos, aunar empeños para introducir conceptos de inteligencia artificial en el ámbito de la fabricación inteligente de materiales estructurales.

En particular, investigadores del proyecto MAT4.0 están centrados en la mejora de las capacidades de inspección ultrasónica de materiales compuestos fabricados por deposición automática de fibra. Los materiales compuestos de fibra de carbono son utilizados en aplicaciones de alto valor añadido que requieren buenas prestaciones mecánicas a la vez que una reducción de peso sensible tal y como ocurre en la industria aeronáutica o espacial. Dichas piezas, una vez que son fabricadas, son sometidas a controles de calidad estrictos con el objeto de detectar la formación de defectos generados durante el proceso de fabricación o bien daños generados durante la vida en servicio del material.

Esquema de la modelización predictiva para sistemas de inspección de ultrasonidos.

Entre los métodos habituales de trabajo podemos destacar la inspección ultrasónica por su rapidez y escalabilidad. Dicha técnica se basa en la propagación de un pulso de ultrasonidos y la posterior recepción y análisis del eco producido. Sin embargo, existen técnicas de mayor resolución como la tomografía de rayos X que, evidentemente, son más complejas y difíciles de implantar en el ámbito industrial. El proyecto trabaja conjuntamente en el desarrollo de modelos que enriquezcan la inspección ultrasónica mediante información tomográfica incorporada a través de sistemas de aprendizaje profundo (Deep Learning).

En el marco del proyecto colaborativo MAT4.0, la Fundación para la Investigación, Desarrollo y Aplicación de Materiales Compuestos (FIDAMC) se encarga de fabricar materiales compuestos con las últimas tecnologías aeronáuticas de deposición automática de fibra, el Instituto IMDEA Materiales realiza las inspecciones tomográficas y de ultrasonidos de dichos materiales y los grupos MIDAS (Minería de Datos y Simulación) y MMEAN (Mecánica de Materiales Estructurales Avanzados y Nanomateriales) de la Universidad Politécnica de Madrid se encargan de incorporar dicha información a los modelos de aprendizaje para permitir aumentar la capacidades actuales de la inspección ultrasónica sin necesidad de acudir a complejas campañas de caracterización.

Este innovador proyecto colaborativo, pone de manifiesto las grandes capacidades de I+D de las entidades madrileñas en un campo tan estratégico para la región como es la Digitalización de la industria manufacturera. Los resultados de MAT4.0, están sentando las bases científico-tecnológicas para el desarrollo de innovaciones que permitirán a las empresas fabricantes de componentes estructurales ser más competitivas y sostenibles.