28/11/2017 - Desarrollan un nuevo sistema de simulación por ordenador que requiere menos recursos para procesar la información

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El ingeniero industrial Aitor Plaza Puértolas ha desarrollado un conjunto de técnicas y algoritmos para simular el funcionamiento de sistemas mecánicos, como vehículos, trenes, robots o aerogeneradores, con la ventaja de que el ordenador necesita menos tiempo y recursos de memoria para procesar la información. Esta investigación, contenida en su tesis doctoral leída en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), abre la puerta al uso de computadoras con menor potencia de cálculo.

Simular el funcionamiento de un mecanismo requiere de unos lenguajes de programación con los que calcular las ecuaciones dinámicas de la mecánica. Una de las principales limitaciones de dicha programación es el excesivo tiempo de ejecución que necesita el ordenador para generar esas ecuaciones, incluso, para problemas simples. En su tesis doctoral, Aitor Plaza ha desarrollado un conjunto de técnicas y algoritmos que se puede utilizar con cualquier formulación y con cualquier tipo de coordenadas y cuyos resultados son prácticamente iguales a los que se obtiene con la mejor de las formulaciones.

Además de conseguir una calidad óptima en el código generado, la principal ventaja de estas técnicas es que se optimizan las ecuaciones obtenidas. “Al ser óptimas, el ordenador necesita menos tiempo en ‘digerirlas’ para luego trabajar con ellas y, por tanto, abre la puerta al uso de ordenadores con menos potencia de cálculo”, apunta Aitor Plaza, cuya tesis, dirigida por el profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales Javier Ros Ganuza, obtuvo la calificación de sobresaliente “cum laude”.

Otra de las aportaciones de la tesis ha sido eliminar el proceso de simplificación trigonométrica para generar ecuaciones simbólicas óptimas. “Las ecuaciones de los sistemas mecánicos son, en general, susceptibles de ser simplificadas —explica Aitor Plaza—. Esta simplificación ayuda a que el tamaño de las ecuaciones sea menor, pero llevarla a cabo acarrea un gran tiempo de computación. La técnica propuesta obtiene directamente las ecuaciones simplificadas trigonométricamente sin necesidad de tener que realizar explícitamente esta simplificación, lo que permite generar un código óptimo, más rápido y con menores recursos de memoria”.

Aplicaciones diversas

Durante la tesis, el ingeniero tuvo la oportunidad de poner en práctica su propuesta en un proyecto de colaboración entre el grupo de investigación de Ingeniería Mecánica Aplicada y Computacional-IMAC de la UPNA, del que forma parte, y una empresa del ámbito ferroviario. Una parte de este proyecto fue el desarrollo del modelo computacional de una locomotora para ser utilizado en distintos experimentos virtuales. “Al tratarse de un modelo con mucha complejidad, el ordenador necesitaba mucho tiempo para poder crearlo: alrededor de dos horas y media. Esto era debido, en parte, a que el modelo fue desarrollado mediante un software comercial de propósito general para cálculos simbólicos. Al ser general y no estar centrado en modelos mecánicos, no realizaba las operaciones de la forma más óptima posible”, indica.

Después de aplicar el conjunto de técnicas y algoritmos propuestos en la investigación, el tiempo de generación de las ecuaciones quedó reducido a diez minutos y el número de operaciones matemáticas necesarias para que el ordenador “digiera” este modelo fue un 0,3% con respecto al número de operaciones que se necesitarían si fuera generado por un software general. Además, no fue necesario el uso de un software comercial de propósito general, que limita su uso a quien paga la licencia.

Esta técnica para obtener ecuaciones se puede aplicar en sistemas mecánicos muy diversos. “Ahora mismo, por ejemplo, estamos trabajando en el modelo de un aerogenerador. De igual manera, hemos realizado modelos de coches, robots y suspensiones de vehículos, además de otros modelos que utilizamos para nuestras investigaciones e, incluso, para la docencia”, afirma.

Breve currículum

Aitor Plaza se tituló en 2009 en Ingeniería Industrial por la Universidad Pública de Navarra, donde, posteriormente, cursó el Máster en Ingeniería Mecánica Aplicada y Computacional. En los últimos años, se ha dedicado a la investigación en el ámbito de la dinámica de sistemas multicuerpo orientado a aplicaciones en tiempo real. Además, ha participado en diversos proyectos de colaboración con varias empresas tanto navarras como nacionales.

Actualmente, trabaja en la Universidad Pública de Navarra como investigador en un proyecto relacionado con la energía eólica, además de ser profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales de dicha institución.

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