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Tolentino S. y Caraballo S. Simulación numérica del ujo de aire.
UNIVERSIDAD, CIENCIA y TECNOLOGÍA Vol. 21, Nº 82 Marzo 2017 (pp. 4-15)
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Salomón et al., Productividad del proceso minero, mas allá de la producción
González et al., Algoritmos adaptativos : Una revisión bibliográca
ATHENEA JOURNAL IN ENGINEERING SCIENCES Vol. 2, Nº 5 September 2021 (pp. 3540)
ISSN 27376419
Algoritmos adaptativos: una revisión bibliográca
Recibido (08/07/21), Aceptado (10/08/21)
Resumen:
Se presenta el análisis de un trabajo de investigación desarrollado en la empresa C.V.G CARBONORCA
de Venezuela, la cual cuenta con dos plantas depuradoras de gases para el área de cocción, destinadas a
puricar el gas que proviene de los hornos de cocción. Cada planta está conformada por electroválvulas,
válvulas neumáticas, trasmisores, panel mímico del proceso y un sistema supervisorio. Todos estos elementos
son gobernados por un PLC SIEMENS S5-115U el cual se encuentra en estado de obsolescencia, razón por la
cual se diseñó la sustitución de estos autómatas por autómatas ContolLogix de ALLEN BRADLEY,con el n de
garantizar la continuidad en las operaciones en la planta. La investigación se hizo con un diseño descriptivo del
tipo experimental de campo. Se obtuvo un código para cada planta depuradora de gas en RSLOGIX 5000 v17.00.00
y la actualización de la base de datos del sistema supervisorio. También se comprobó el funcionamiento del
programa a través de una simulación de la planta en un sistema supervisorio, cuyo despliegue se diseñó para ese n.
Palabras Clave:
Autómata, Modernización, ControlLogix, Sistema Supervisorio, Panel Mímico.
Adaptive algorithms: a bibliographic review
Abstract:
e analysis of a research work developed in the company C.V.G CARBONORCA of Venezuela is
presented, which has two gas purication plants for the cooking area, designed to purify the gas that comes from
the cooking ovens. Each plant is made up of solenoid valves, pneumatic valves, transmitters, process mimic panel
and a supervisory system. All these elements are governed by a SIEMENS S5-115U PLC which is in a state of
obsolescence, which is why the replacement of these automata by ALLEN BRADLEY ContolLogix automata was
designed, in order to guarantee continuity in operations in plant. e research was done with a descriptive design
of the eld experimental type. A code for each gas treatment plant was obtained in RSLOGIX 5000 v17.00.00 and
the update of the database of the supervisory system. e operation of the program was also veried through
a simulation of the plant in a supervisory system, the deployment of which was designed for this purpose.
Keywords:
Automation, Modernization, ControlLogix, Supervisory System, Mimic Panel
Luis González
https://orcid.org/0000-0001-9933-4147
gonzalezluisj@gmail.com
UNEXPO, Vice Rectorado Puerto Ordaz
Estado Bolívar, Venezuela.
DOI: 10.47460/
athenea.V2I5.24
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Juan Segura1, Franyelit Suàrez2, Juan Casierra2 .
Salomón et al., Productividad del proceso minero, mas allá de la producción
I.INTRODUCCIÓN
Los movimientos voluntarios de los brazos, manos, piernas, rostro u otras partes del cuerpo son una parte esen
-
cial de la vida y de la capacidad de comunicación no verbal del ser humano. Estos movimientos intensionales son
posibles gracias al control voluntario de nuestros músculos y para ello el cerebro posee un complejo mecanismo de
activación muscular a través de los nervios motores, en respuesta los músculos se contraen de manera coordinada
para ejecutar los movimientos ordenados lo que a su vez generan potenciales bioeléctricos que pueden ser registra
-
dos por electrodos en la supercie de la piel. A partir del análisis regresivo multivariable de estos biopotenciales o
potenciales mioeléctricos registrados mediante N electrodos, convenientemente colocados sobre la piel, es factible
determinar en tiempo real los M músculos que intervinieron en el movimiento, lo que permite controlar con éxito
algún mecanismo que emule en tiempo real el movimiento realizado. Esta tecnología de registro de potenciales
mioeléctricos superciales o electromiografía supercial (sEMG) con la intención de identicar los músculos
activados, para luego reconocer en tiempo real los movimientos que se ejecutaron, o que se pretendían ejecutar en
caso de un miembro parcialmente amputado, se encuentra en plena expansión, estando sus principales aplicacio
-
nes circunscritas al campo de las interfaces hombre-máquina tanto en prótesis mioeléctricas como en mecanismos
para expandir las capacidades humanas. Sin embargo, esta tecnología aún enfrenta múltiples desafíos, puesto
que dependiendo del hardware utilizado para la medición, el preprocesamiento de datos, el algoritmo matemático
empleado para la decodicación de las señales mioeléctricas, del número de grados de libertad del movimiento a
reconocer, del tipo de miembro, y de si se trata de un patrón de movimiento conocido o un patrón de movimiento
nuevo, la tasa de éxito de reconocimiento se ubica entre un 80% y un 95% (ver tabla X); es decir, hasta 1 de cada
5 movimientos de una prótesis mioeléctrica mano-muñeca o un mecanismo de expansión de las habilidades huma
-
nas puede ser errado. En este sentido, la tesis doctoral propuesta versará sobre el diseño de un algoritmo de reco
-
nocimiento de movimientos de más de un grado de libertad en tiempo real, partiendo desde la consideración del
estudio de variables tales como la interfaz eléctrica electrodo-piel, hasta el algoritmo de regresión multidimensio
-
nal para lograr igualar o superar el benchmarking de las investigaciones reportadas en la literatura especializada,
tiendo un enfoque público, poniendo a disposición de la comunidad cientíca, mediante publicaciones técnicas, los
detalles del hardware utilizado, los datos registrados y los algoritmos matemáticos implementados, con el n de
hacer frente a una de las principales problemáticas reportadas por algunos investigadores [1] respecto a lo difícil
de reproducir los experimentos presentados por otros investigadores en este campo de la ciencia y la tecnología.
II. DESARROLLO
El reconocimiento de movimientos compuestos a partir de señales mioeléctricas con el objetivo de controlar
un sistema ciberfísico es un complejo problema cientíco-tecnológico. Estos sistemas ciberfísicos que se desean
controlar sirven para expandir las capacidades humanas, bien sea para recobrar en de alguna forma, funciones
disminuidas debido a discapacidades, o bien sea para ampliar las facultades naturales.
Según un informe de la Organización Mundial de la Salud(OMS) [citar el informe] aproximadamente 1,71 mil
millones de personas padecen afecciones musculoesqueléticas en todo el mundo, siendo el principal factor que
contribuye a la discapacidad en todo el mundo puesto que limitan signicativamente la movilidad y la destreza,
lo que conduce a niveles más bajos de bienestar y una capacidad reducida para participar en la sociedad. Debido
al aumento de la población y al envejecimiento, la cantidad de personas con afecciones musculoesqueléticas está
aumentando rápidamente por lo que la discapacidad asociada con las afecciones musculoesqueléticas se prevé que
seguirá aumentando en las próximas décadas. Un ejemplo signicativo es Ecuador, ya que, comparativamente con
el número poblacional, es el primer país de Latinoamérica con el mayor número de discapacitados [citar], al que
le sigue Brasil [citar].
La tasa de éxito de los sistemas ciberfísicos destinados a expandir las capacidades humanas depende en gran
medida de la precisión y exactitud en el reconocimiento de los movimientos que el individuo desea ejecutar [citar],
y de la naturalidad en su uso; sin embargo, dicha precisión y exactitud están notablemente inuenciadas por pa
-
rámetros sistemáticos y aleatorios tales como: el adecuado tamaño, espaciamiento y material de los electrodos de
registro, el adecuado posicionamiento de estos electrodos sobre la región en la que se desean registrar las señales
mioeléctricas, la interferencia de señales ajenas al cuerpo humano como la frecuencia de la red de distribución
de energía eléctrica, la interferencia de señales propias del cuerpo humano como los potenciales bioeléctricos del
corazón (ECG) [citar], la circulación de la sangre, la respiración, la activación de otros grupos musculares [citar],
el nivel de transpiración del individuo, el espesor de la capa de células muertas sobre la piel, la vellosidad de la
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piel, el espesor de capa de grasa en el tejido subcutáneo [citar], el algoritmo de transformación regresiva del es
-
pacio N-dimensional de electrodos al espacio M-dimensional de músculos [citar], la ausencia parcial miembros
(personas con amputaciones), el número de grados de libertad del movimiento a reconocer, del tipo de miembro,
y de si se trata de un patrón de movimiento conocido por el sistema ciberfísico o un patrón de movimiento nuevo.
Producto de todos estos factores, la tasa de éxito de reconocimiento de movimientos simples se ubica entre un
70% y un 96% [citar] (es decir, hasta 1 de cada 5 movimientos de una prótesis mioeléctrica o un mecanismo de
expansión de las capacidades humanas puede ser errado. Además, los costos de adquisición de las prótesis mas
avanzas pueden oscilar entre los 35mil y 60mil dólares americanos, para prótesis de mano-muñeca y los 100mil
dólares para las prótesis más avanzadas de tobillo-pie [citar].
El binomio complejidad-costo, impide la adopción masiva de esta tecnología, que como se señaló anteriormen
-
te podría mitigar las disminuciones funcionales de una fracción de los 1,71 mil millones de personas que padecen
afecciones musculoesqueléticas en todo el mundo.
Es un fenómeno ampliamente reconocido en la historia de la humanidad que, a medida que se mejoran las tec
-
nologías y se optimizan sus procesos productivos, los costos bajan y puede ser masicada.
En este sentido, el trabajo propuesto estará centrado en el estudio del reconocimiento adaptativo de movimien
-
tos de más de un grado de libertad en tiempo real, considerando variables tales como la interfaz eléctrica electro
-
do-piel, enlista las variables. El trabajo utilizará un algoritmo de regresión multidimensional para lograr igualar
o superar el benchmarking de las investigaciones reportadas en la literatura especializada [citar], con un enfoque
abierto.
III. METODOLOGÍA
La investigación será abordada adoptando una postura epistémica la cual ha sido resumida en la tabla 3
Tabla 1 - Matriz epistémica de la Investigación
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Objeto
Es
encontrar,definirydelimitarunmétodopararealizar
el
reconocimiento
adaptativodemovimientoscompuestosentiemporeal
a
partir
delregistrosuperficialdepotencialesmioeléctricos.
Ontológico
Se
realizaráladefiniciónformaldeloselementosqueconforman
el
problema
dereconocimientoadaptativodemovimientoscompuestos
en
tiempo
realpartiendodeseñalesmioeléctricassuperficiales,las
fuentes
de
error,suscaracterísticas,propiedadeseinteraccionesparaformular
un
algoritmo
quepermitacumplirconlasespecificacionesde
desempeño
requeridas
relativasalaprecisióndelreconocimiento.
Epistemológico
La
posturaepistémicaqueseadoptaráparalainvestigaciónparaes
el
paradigma
cuantitativopositivista.Elinvestigadorbuscará
definir
correlaciones
entrevariablesfundamentalescomoelespesordel
tejido
adiposo
ylaintensidaddelasseñalesmioeléctricas,lainfluenciade
la
vellosidad
yelniveldetranspiraciónenelregistrodelosbiopotenciales,
el
tamaño,
cantidadydisposicióndeloselectrodosconrespectoa
la
precisión
enelreconocimientodelosmovimientos,entreotros.
Metodológico
Será
unametodologíaágildedesarrollobasadoensprint
mensuales,
partiendo
delconocimientocientíficoaceptadoyvalidadopor
la
comunidad
deinvestigadoresbuscandoampliareseconocimiento,
esto
permitirá
unavanceprogresivodelainvestigaciónalpresentar
desarrollos
incrementales,
teniéndosealavezlaflexibilidadnecesariapara
hacer
frente
asituacionesnoprevistasenelplaninicialconelobjetode
no
desviarse
delobjetivoplanteado.
Axiológico
Se
valorarálasestrategiasyapublicadasparasolventarlos
problemas
presentados
enelobjetodeestudio,identificandolastécnicasque
mejor
contribuyen
alasolucióndelaproblemática,optimizándolasencaso
de
ser
necesarioeincorporándolasalalgoritmoadesarrollar.
Teleológico
El
propósitodelainvestigaciónseráeldeconcebirun
algoritmo
adaptativo
dereconocimientodemovimientoscompuestosque
permita
un
sistemaciberfísicoelseguimientodelastrayectoriasde
movimiento
deseadas
porlapersona.
Gnoseológica
El
documentofinalpresentaráelorigenyalcancedeunnuevo
algoritmo
adaptativo
parareconocermovimientoscompuestosderivadode
la
investigación
documental,análisis,simulaciónyoptimizacióndelalgoritmo
como
razóndeserdelainvestigación.
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Fuente: Elaboración propia
Respecto a metodología, se plantea seguir una metodología Scrum de desarrollo ágil basada en sprint trimes
-
trales académicos con un horizonte de tiempo de 24 meses, lo que permitirá ir presentando avances sucesivos de
la investigación. En este sentido, se espera poder ejecutar por lo menos 6 sprint conforme al siguiente cronograma
de actividades.
IV.RESULTADOS
Haciendo un análisis correlacional de los resultados presentados en la Tabla 1 se puede concluir que el prin
-
cipal problema que se investiga en lo relativo al registro de potenciales mioeléctricos es el de la mitigación de
la interferencia de la red eléctrica (PLI) en las mediciones, pero situaciones como la impedancia de la interfaz
electrodo-piel, o la correlación entre la magnitud de la sEMG y el espesor del tejido adiposo subcutáneo, e incluso
el efecto de la distancia entre electrodos (sobre todo en los arreglos matriciales) son menos abordados. También
es interesante notar que los investigadores pocas veces comparten detalles del hardware de adquisición de datos
utilizado y prácticamente es nulo el acceso a los datos sin preprocesamiento. En lo que si se tiene un consenso
más o menos establecido es en el rango de frecuencias de interés ubicado entre 1Hz y 1000Hz aproximadamente,
y la frecuencia de muestreo ubicada entre los 1024Hz y 2048Hz. Por lo tanto, en este particular se tiene la opor
-
tunidad de realizar aportes al focalizar estudios sistemático de aspectos como: el modelado matemático y su símil
eléctrico del generador de potenciales mioeléctricos, el estudio del rango de variación de impedancia de la interfaz
electrodo-piel en función de parámetros como vellosidad, sudoración, presión de los electrodos sobre la piel, espe
-
sor del tejido adiposo, la validación de la banda de frecuencias de interés, la validación de la tasa de muestreo, la
comparación de distintas técnicas de mitigación de la PLI en base a un índice de desempeño.
Respecto a la precisión en el reconocimiento de movimientos, analizando la revisión bibliográca es inte
-
resante notar que en gran parte las investigaciones se concentran en pocos movimientos, de hecho, las prótesis
mioeléctricas de mano más avanzadas (y costosas) del mercado a la fecha solo tienen la capacidad de aprender a
reconocer hasta un máximo de 16 movimientos. También es importante notar que los investigadores poco revelan
información relativa al coste computacional de los diversos algoritmos, el tiempo de respuesta, la correlación entre
la mejora en la precisión versus el coste computacional.
Puesto que el objetivo del trabajo es el de desarrollar un algoritmo para el reconocimiento adaptativo de movi
-
mientos compuestos en tiempo real a partir del registro supercial de potenciales mioeléctricos, la estrategia que
se plantea es la de estudiar, analizar, contrastar, testear, correlacionar de manera iterativa los avances cientícos
que se vayan reportando en este campo del conocimiento para así poder concebir un algoritmo adaptativo optimi
-
zado y un protocolo de medición que de manera global logre optimizar el índice de desempeño de precisión en el
reconocimiento de movimientos compuestos tanto aprendidos como nóveles.
Para lograr alcanzar el objetivo general planteado se seguirá el siguiente proceso iterativo:
Análisis de las diversas metodologías reportadas en el estado del arte.
Diseño y construcción de sistemas prototipo de adquisición de datos basados en las metodologías reportadas.
•Adquisición y preprocesamiento de datos.
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Ontológico
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tiempo
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requeridas
relativasalaprecisióndelreconocimiento.
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cuantitativopositivista.Elinvestigadorbuscará
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correlaciones
entrevariablesfundamentalescomoelespesordel
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vellosidad
yelniveldetranspiraciónenelregistrodelosbiopotenciales,
el
tamaño,
cantidadydisposicióndeloselectrodosconrespectoa
la
precisión
enelreconocimientodelosmovimientos,entreotros.
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incrementales,
teniéndosealavezlaflexibilidadnecesariapara
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•Procesamiento de datos.
•Formulación de modelos matemáticos.
•Validación de modelos matemáticos.
•Incorporación de los hallazgos en la mejora de los procesos de adquisición, preprocesamiento y procesamiento
de los datos.
•Presentación de los resultados.
•Reinicio del ciclo.
V.CONCLUSIONES
Debido a la carencia de información técnica sobre las prótesis, se tiene la oportunidad de realizar diversos estu
-
dios comparativos para establecer una especie de algoritmo de selección del método de reconocimiento en función
de las características particulares del problema que se desee abordar.
Se tiene la oportunidad de realizar aportes al focalizar estudios sistemáticos de aspectos como: el modelado
matemático y su símil eléctrico del generador de potenciales mioeléctricos, el estudio del rango de variación de
impedancia de la interfaz electrodo-piel en función de parámetros como vellosidad, sudoración, presión de los
electrodos sobre la piel, espesor del tejido adiposo, la validación de la banda de frecuencias de interés, la valida
-
ción de la tasa de muestreo,
Se deben evaluar los avances cientícos que se vayan reportando en este campo del conocimiento para así
poder concebir un algoritmo adaptativo optimizado y un protocolo de medición que de manera global logre op
-
timizar el índice de desempeño de precisión en el reconocimiento de movimientos compuestos tanto aprendidos
como nóveles
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