Sillas de ruedas, andadores con ruedas y camas de hospital fácilmente maniobrables; carros de la compra y remolques de bicicleta que se deslizan ágilmente por las curvas; carros y carretillas de mano que ayudan a tirar y empujar incluso cargas pesadas: Todo esto es posible con la nueva tecnología que han desarrollado el profesor Matthias Nienhaus y su equipo de la Universidad del Sarre. Su sistema de ruedas inteligentes y asa con sensor no necesita otros sensores. Los investigadores sólo necesitan los datos que se generan en los motores eléctricos que accionan las ruedas y los que se generan al mover el asa.

Los carros de la compra completamente cargados pueden resultar incómodos de maniobrar. En la tienda de bricolaje, llevar varios sacos de cemento hasta la caja puede hacerte parecer poco elegante al intentar doblar una esquina mientras la física de la inercia te envía en otra dirección. Incluso para ponerse en marcha hay que vencer cierta resistencia. Y una vez que el carro está en movimiento, no quiere ser dirigido voluntariamente en una dirección u otra, y mucho menos detenerse. En otros ámbitos de la vida cotidiana y el trabajo, el uso de vehículos o ayudas con ruedas también puede suponer un reto. Transportar pacientes en incómodas camillas de urgencias, camas de hospital o sillas de ruedas exige una habilidad y un esfuerzo considerables al personal de enfermería y ambulancias. Y en los caminos que no están pensados para la accesibilidad, como los que tienen pendientes pronunciadas, utilizar una silla de ruedas, un andador con ruedas o un cochecito es una tarea ardua.

Una nueva innovación técnica desarrollada por el equipo de investigación del profesor Matthias Nienhaus, de la Universidad del Sarre, puede facilitar el desplazamiento, la conducción y el transporte de mercancías pesadas a las personas que dependen de las ruedas. Con sólo dos dedos, nuestro sistema puede mover y maniobrar con seguridad cargas pesadas. Se basa en la interacción entre unas ruedas inteligentes y un asa con sensores", explica Matthias Nienhaus.

Sin utilizar sensores adicionales, las ruedas desarrolladas por el especialista en sistemas de propulsión y su equipo "saben" cuándo tienen que proporcionar asistencia, por ejemplo en curvas o cuesta arriba, y cuánto empuje se necesita. Aceleran o frenan, girando más despacio o más deprisa según sea necesario, y cada rueda actúa de forma independiente o sincronizada con las demás. Para ello utilizamos los motores eléctricos de las ruedas como sensores. Nos proporcionan todos los datos de medición que necesitamos, lo que hace que nuestro sistema sea especialmente eficaz y rentable", explica Matthias Nienhaus.

A lo largo de varios proyectos de investigación, los investigadores estudiaron cómo extraer el máximo de datos de los accionamientos electromagnéticos: por ejemplo, cómo se distribuye el campo electromagnético en determinados puntos del motor y cómo cambia cuando la rueda gira. Recogieron innumerables valores de medición que se producen en los accionamientos eléctricos de las ruedas al girar y los asignaron a estados específicos del motor y posiciones de la rueda. A partir de estos datos, los ingenieros pueden ver varias cosas. Las columnas de datos les indican cómo cambia la posición de las ruedas, la fuerza impartida por los accionamientos o si las ruedas están más cargadas por un lado que por otro. A partir de la masa de datos recopilados, pudieron identificar patrones de señales que se corresponden con procesos típicos.

A partir de estos patrones y datos, pueden utilizar modelos matemáticos y algoritmos inteligentes para cartografiar con precisión los distintos estados del motor, lo que les permite controlar los accionamientos o vigilar si funcionan correctamente. Podemos controlar las ruedas de forma muy eficaz y vigilar su funcionamiento", afirma Matthias Nienhaus. Él y su equipo han presentado una solicitud de patente para un proceso que hace que los datos del motor sean aún más significativos y elimina cualquier efecto de interferencia.

El equipo ha desarrollado una nueva empuñadura con sensores que actúa como interfaz con la persona que dirige, permitiéndole indicar intuitivamente la dirección deseada. El centro de control "maestro" está integrado en el mango sensor. El mango sensor puede fijarse en cualquier parte de un dispositivo que tenga ruedas eléctricas motorizadas, como una silla de ruedas o un carrito de la compra.

El mango mide las fuerzas que actúan en todas direcciones. Hemos investigado, desarrollado y construido un sistema de medición capacitivo robusto y sensible", explica Matthias Nienhaus. Gracias a él, el manillar detecta con qué fuerza y en qué ángulo se tira de él, se presiona, se mueve o gira lateralmente alrededor de su propio eje. De este modo, la persona que dirige puede comunicar de forma natural qué ayuda necesita. El sistema incorpora también detección de manos, es decir, el manillar sabe si una mano humana lo está agarrando o no, con lo que puede reaccionar conforme a la normativa.

A partir de la información sobre la dirección que la persona transmite intuitivamente a través del sensor de la empuñadura, el sistema electrónico calcula si los motores eléctricos de las ruedas específicas deben conectarse y cómo, así como la potencia que debe aplicarse a la rueda para que gire en la dirección requerida a la velocidad necesaria. Como las ruedas están conectadas mediante un sistema de bus de datos, pueden trabajar juntas de forma sincronizada. Esto permite controlar cualquier número de ruedas individualmente o como una unidad, lo que permite maniobrar con seguridad incluso cargas muy grandes", explica Nienhaus.

La empuñadura transmite las órdenes a las ruedas, que a su vez ayudan automáticamente a la persona que empuja, por ejemplo, ayudando a que el carrito de la compra completamente cargado se deslice con elegancia al doblar una esquina. Las camillas de urgencias y las camas de hospital también pueden llegar a su destino de forma controlada, evitando cualquier colisión accidental con las paredes. Todo funciona de la forma habitual, salvo que nuestro sistema de ruedas inteligentes y un asa con sensor de manejo intuitivo lo hacen todo mucho más fácil", afirma Matthias Nienhaus.

La investigación ha sido financiada por el Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán (BMBF) y el Programa Central de Innovación para las PYME (ZIM) en el marco de varios proyectos de cooperación...