Dependiendo de la aplicación, su tecnología funciona ahora con o sin el mango sensor que formaba parte de versiones anteriores. El más leve de los toques en una carretilla de mano o un cochecito de bebé y las mínimas variaciones en los datos de conducción que se miden son suficientes para que el sistema ayude —casi de forma intuitiva— a acelerar, frenar y girar. Los motores eléctricos situados en el interior de las ruedas proporcionan toda la información necesaria, sin necesidad de sensores adicionales.¡
Un padre que empuja un cochecito de bebé o un trabajador de almacén que maniobra una carretilla: ambos guían su vehículo mediante pequeños cambios en las fuerzas de empuje, tracción o presión que aplican. Cada uno de estos cambios sutiles, por pequeño que sea, indica a las ruedas inteligentes lo que el usuario quiere y adónde pretende ir. Las ruedas interpretan entonces estas señales entrantes y responden en consecuencia. Los vehículos equipados con esta tecnología son más fáciles de poner en marcha, pueden deslizarse con mayor suavidad en las curvas y se detienen más rápidamente. «Con nuestras ruedas inteligentes, resulta mucho más fácil mover la carga, porque los motores eléctricos de las ruedas proporcionan gran parte de la aceleración», explica el profesor Nienhaus. Los carros de la compra rebeldes o las voluminosas camas de hospital ahora pueden guiarse con suaves toques, en lugar de los empujones y tirones que normalmente se necesitan para mantenerlos en la línea recta. Los remolques de bicicleta ya no se limitan a ser arrastrados pasivamente, y los andadores con ruedas, los andadores con ruedas y las sillas de ruedas ahora pueden ayudar activamente a sus usuarios.
Nienhaus y su equipo de la Universidad del Sarre han investigado, desarrollado y perfeccionado esta tecnología a lo largo de muchos años. En 2018, el equipo demostró las capacidades de autodetección de estas ruedas en la feria tecnológica Hannover Messe. Demostraron que, al interpretar los datos de medición de los motores eléctricos situados en el interior de las ruedas, el sistema de ruedas podía determinar cuándo y cómo ayudar al movimiento, sin necesidad de sensores adicionales. En 2023, demostraron que, al introducir un mango sensor, las ruedas pueden mover cargas con facilidad: acelerando o frenando, girando más lento o más rápido según sea necesario, con cada rueda actuando de forma independiente o en sincronía con las demás ruedas. «Al combinar la manija con sensor con nuestra tecnología de ruedas inteligentes, ahora somos capaces de mover más de cuatro toneladas», afirma Matthias Nienhaus. Hasta ahora, la manija con sensor era necesaria como interfaz de usuario que permitía al usuario especificar la dirección de desplazamiento; además, albergaba el centro de control del sistema: el microcontrolador.
Ruedas que piensan por sí mismas: movimiento asistido sin la manija con sensor
En la última versión de su tecnología de ruedas inteligentes, Nienhaus y su equipo han encontrado la manera de prescindir por completo del mango sensor. «Esto hace que la tecnología sea más sencilla, más intuitiva y más rentable», afirma Nienhaus. Un pequeño cambio en la fuerza de empuje o tracción aplicada por el usuario es suficiente para que los accionamientos de las ruedas reconozcan si deben proporcionar un apoyo suave o un empuje más potente. Esto es posible porque, con la estrategia de control de movimiento adecuada, los accionamientos son esencialmente autorregulables y pueden generar ellos mismos los comandos de control necesarios. «El control preciso del vehículo se consigue mediante una combinación de métodos de IA, algoritmos de alto rendimiento y la identificación de los parámetros relevantes a partir de los datos del motor eléctrico de las ruedas», explica Nienhaus.
Se ha demostrado que la nueva tecnología sin manillar funciona en vehículos de hasta 100 kilogramos, dependiendo de la aplicación específica y la carga útil en cuestión. En la Feria de Hannover de este año, los investigadores mostrarán lo suavemente que se desplaza un remolque de bicicleta cuando está equipado con ruedas inteligentes. El equipo sigue investigando cómo se pueden transportar cargas significativamente más pesadas sin un manillar con sensores. Para vehículos muy pesados, las ruedas inteligentes combinadas con un manillar con sensores siguen siendo la mejor solución.
Inteligencia artificial dentro de la rueda: datos en lugar de sensores adicionales
Los motores eléctricos dentro de las ruedas también funcionan como sensores, actuando efectivamente como los propios órganos sensoriales de las ruedas. Cuando una rueda se mueve, cambian las lecturas del motor de accionamiento situado en su interior. Las variaciones mínimas en estos valores revelan con precisión lo que está experimentando la rueda. «Los motores eléctricos de las ruedas proporcionan todos los datos de medición que necesitamos para controlarlas. «Por lo tanto, no hay ningún coste adicional por instalar sensores adicionales», afirma Matthias Nienhaus. En varios proyectos de investigación anteriores, su grupo estudió cómo extraer la mayor cantidad de información posible de los accionamientos mediante el análisis de los datos de medición que se generan al girar las ruedas. Un conjunto de datos, por ejemplo, podría mostrar cómo se distribuye el campo electromagnético en puntos específicos del motor y cómo cambia esta distribución a medida que gira la rueda.
Los investigadores recopilaron innumerables mediciones de este tipo de los sistemas de accionamiento y las relacionaron con estados específicos del motor y posiciones de las ruedas. A partir de la gran cantidad de datos recopilados, pudieron identificar patrones de señal que se corresponden con procesos mecánicos típicos. Nienhaus y su equipo también han presentado una solicitud de patente para un método que hace que los datos de los motores sean aún más significativos al eliminar cualquier efecto de interferencia. Los datos de medición pueden revelar, por ejemplo, la fuerza impartida por un accionamiento, cómo cambian las posiciones de las ruedas o si las ruedas están más cargadas en un lado que en el otro.
Registrar pequeños cambios en las fuerzas aplicadas es suficiente para mantener las ruedas en su trayectoria
Se utilizan modelos matemáticos y algoritmos inteligentes para controlar con precisión los accionamientos de los motores de modo que respondan adecuadamente, y para supervisar si funcionan correctamente. Los motores de las ruedas suministran los datos y un microcontrolador procesa las señales. Las ruedas son extremadamente sensibles y «detectan» continuamente su posición, velocidad y carga. Incluso el más mínimo movimiento del vehículo en el que están montadas —provocado, por ejemplo, por un toque de la mano— es suficiente para que el sistema de accionamiento deduzca la acción prevista. El microcontrolador lee estas señales de los motores, las compara y proporciona el nivel adecuado de empuje. Y toda la información se transmite a través de los cables estándar que ya están instalados.
La investigación se llevó a cabo en parte en el marco de proyectos de cooperación financiados por el Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio de Alemania (BMFTR) y el Programa Central de Innovación para Pymes (ZIM).
El profesor Matthias Nienhaus está muy interesado en que los resultados de la investigación aplicada de su equipo se trasladen a aplicaciones comerciales e industriales. Con ese fin, fundó WELLGO Systems GmbH como una empresa derivada de su departamento de investigación universitario.
