Si la robótica y las comunicaciones celulares parecen compañeros extraños, es porque la tecnología inalámbrica de quinta generación, 5G, es la primera en abordar de forma inalámbrica la necesidad de tales aplicaciones, en lugar de simplemente aumentar las velocidades de datos y expandir la cobertura como lo han hecho las generaciones anteriores.
Este ambicioso estándar, llamado IMT-2020 por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) que las regula a nivel mundial, lo logrará revolucionando por completo la forma en que se construyen las redes celulares, los dispositivos a los que pueden conectarse, las frecuencias en las que operan y las aplicaciones que utilizan. atender.
La quinta generación de tecnología inalámbrica allanará el camino para una nueva generación de robots, algunos de ellos libres para moverse controlados por enlaces de comunicación inalámbricos en lugar de cableados y explotando los vastos recursos informáticos y de almacenamiento de datos de la nube. Armados con estas capacidades, los robots pueden controlarse dinámicamente con precisión, casi en tiempo real y conectarse a personas y máquinas a nivel local y global. En resumen, 5G permitirá completamente aplicaciones como la "fábrica del futuro" y muchas, muchas otras que estaban más allá de las capacidades de las tecnologías celulares y robóticas.
Pero ¿nos seguirán necesitando?
Hay mucha controversia en estos días en torno a la robótica y cómo, junto con la inteligencia artificial (IA), llegarán a dominar el mundo, incluidas algunas que contienen perspectivas bastante draconianas para el destino de la humanidad. Muchos creen que los robots complementarán a las personas en lugar de reemplazarlas y realizarán algunos roles en los que los humanos no son muy buenos. Por otro lado, hay quienes creen que los robots pueden reemplazar a los humanos en la industria manufacturera y otras industrias, eliminando millones de empleos. Queda por ver si los robots vigilarán o no a los humanos, pero es casi seguro que 5G les permitirá funcionar de manera más eficiente y servir a más aplicaciones que nunca.
Los robots ya son omnipresentes en la fabricación, de los cuales la industria automotriz es quizás el ejemplo más obvio. Otros ejemplos de aplicaciones importantes incluyen la industria y la medicina. Las innovaciones dentro del 5G ampliarán sus capacidades tanto más que será necesario ampliar la definición de lo que realmente es un robot. Entonces, cuando los vehículos autónomos finalmente salgan a la calle, también serán robots, que ejecutarán instrucciones de una amplia gama de sensores para tomar decisiones y realizar funciones, presumiblemente con mucha más precisión, confiabilidad y rapidez que los humanos. Los girocópteros y otros vehículos no tripulados también entran en esta categoría.
Para comprender la sinergia entre 5G y la robótica, no hay mejor ejemplo que el sector de la salud, donde la robótica tiene un potencial inmenso. Los robots no solo realizarán funciones mundanas como mover cosas de un lugar a otro en un hospital con la ayuda de las comunicaciones 5G y la nube, sino que también permitirán la telecirurgia donde las operaciones son orquestadas de forma remota por médicos y realizadas localmente por robots. Esto se demostró por primera vez en 2001, cuando el cirujano endocrino Jacques Marescaux (1948–) extrajo la vesícula biliar de un paciente en Estrasburgo, Francia, mientras estaba sentado en una consola en la ciudad de Nueva York, a una distancia de aproximadamente 6.200 km, durante un evento llamado acertadamente Operación Lindbergh.
Avance rápido hasta 2025 e imagine quirófanos en un hospital poblado por robots y humanos conectados por 5G a través de la nube a cirujanos en cualquier lugar de la Tierra que organizan procedimientos quirúrgicos. Pueden ser asistidos por expertos en uno o más lugares que pueden brindar su experiencia, todo en tiempo real. Por fantástico que parezca, es solo el comienzo: utilizando la realidad virtual (VR) y la nube siempre presente, debería ser posible convertir una imagen escaneada en una representación virtual tridimensional (3D) de un paciente.
Usando este "clon digital", el cirujano entonces orquestaría remotamente la operación en una virtualización del paciente mientras uno o más robots realizan la cirugía real. El médico tendría una "experiencia" táctil pero virtual, ya que los huesos, tejidos y órganos se "sentirían" de manera diferente. La medida completa de la telecirurgia no será posible durante quizás una década, pero continuará avanzando en etapas a medida que la 5G y la robótica maduren.
Entonces, ¿por qué no ahora?
Aparte del hecho de que los robots y todo el “ecosistema” necesario para habilitar la telecirurgia y otras aplicaciones robóticas de próxima generación aún están en su infancia, las redes 4G de hoy simplemente no tienen las características necesarias para hacerlas posibles. Es decir, debido a que exigen tiempos de respuesta prácticamente instantáneos, será fundamental reducir una métrica llamada latencia a niveles sin precedentes. La latencia es básicamente el intervalo de tiempo entre el momento en que se produce la entrada en un punto de un enlace de comunicación y cuando vuelve con una entrada libre de errores desde otro punto. La baja latencia es vital para la comunicación centrada en la máquina de alta confiabilidad para la robótica del mañana.
Las redes celulares 4G de evolución a largo plazo (LTE) actuales tienen una latencia de ida y vuelta de alrededor de 50 ms, pero para permitir aplicaciones como la robótica, el estándar 5G reconoce que tomará
Para comprender esto, considere que la velocidad de la radiación electromagnética en el vacío es de 3 x 108 m/s. Dado que la atmósfera de la Tierra no es un vacío, esta velocidad máxima se reduce ligeramente. Sin embargo, su velocidad de propagación se reduce drásticamente por otras consideraciones, incluidas las fibras ópticas, los enlaces de comunicación terrestres y por satélite, y la electrónica y las interconexiones a través de las cuales debe pasar una señal. El resultado es que cuanto menor es la distancia física entre el punto A y el punto B, menor es el tiempo de latencia. Así es como 5G pretende cumplir su objetivo de reducir esta métrica a
5G requerirá que la cantidad de centros de datos que componen colectivamente la nube se expanda geográficamente drásticamente, ya que un centro de datos en una ubicación probablemente estará demasiado lejos de la mayoría de las otras ubicaciones para reducir la latencia a niveles aceptables. Esta expansión, combinada con velocidades de datos superiores a 1 Gb - y el uso de nuevas frecuencias celulares - un orden de magnitud superior a las actualmente en uso - serán ingredientes esenciales que permitirán cubrir distancias que van de 1 a 100 km con latencia
La fábrica, reinventado
5G jugará un papel crucial en la creación de la fábrica del futuro, otra aplicación donde una latencia
A medida que los robots se vuelven móviles y pueden interactuar con las personas, se deben lograr aumentos significativos en el rendimiento de la producción, junto con una mayor calidad del producto y seguridad del operador. Para mantener una latencia muy baja en toda esta fábrica reinventada, necesitará mucha informática de vanguardia dentro de la red. La computación perimetral lleva inteligencia y funcionalidad a los "bordes" de una red donde residen aplicaciones reales, similar a lo que logró la computación distribuida hace décadas.
Robots en el campo
El “desprendimiento” de robots a través de 5G y la geolocalización basada en GPS les permitirá realizar funciones imposibles en la actualidad. Por ejemplo, en la agricultura, los robots pueden deambular por los campos monitoreando las condiciones de cultivo y enviando videos y otra información de sensores a una computadora ubicada prácticamente en cualquier lugar, o incluso realizar actividades como fumigación, poda y cosecha. Una empresa llamada FFRobotics ha desarrollado lo que llama un recolector robótico de fruta fresca que combina controles robóticos con algoritmos de software de procesamiento de imágenes que le permiten encontrar y distinguir entre productos vendibles y dañados, así como fruta que aún no está madura o muerta.
Una tecnología llamada Fenotipado de plantas de alto rendimiento (HTPP) combina genética, sensores y robots que se pueden utilizar para desarrollar nuevas variedades de cultivos, así como mejorar el contenido de nutrientes y la tolerancia a las condiciones ambientales. Esto se lograría utilizando sensores en robots para medir varias características y enviar sus hallazgos para su análisis a científicos que podrían estar ubicados prácticamente en cualquier lugar. Se están desarrollando otros robots para plantar y rastrear semillas para mejorar la eficiencia de la agricultura y muchos otros aspectos de la agricultura que la gente hace ahora. En el futuro, es probable que muchos de ellos se ejecuten mediante máquinas controladas de forma remota.
Qorvo: habilitando la infraestructura 5G
Qorvo es un proveedor global líder de soluciones de RF con una cartera diversa de soluciones que "conectan y protegen", aplicaciones de comunicación como radar, equipos Wi-Fi en las instalaciones del cliente para el hogar y el trabajo, conectividad de alta velocidad sobre estaciones base LTE y 5G, Conectividad en la nube a través del transporte de telecomunicaciones y comunicaciones del centro de datos, conectividad automotriz y otras IoT, incluidas las soluciones para el hogar inteligente. Los productos de vanguardia de Qorvo incluyen amplificadores de potencia (PA) de arseniuro de galio (GaAs) y nitruro de galio (GaN), amplificadores de bajo ruido (LNA), interruptores, soluciones de sistema de chip de óxido metálico complementario (CMOS), onda acústica a granel premium (BAW) y soluciones de filtro de ondas acústicas de superficie (SAW) y múltiples conjuntos híbridos y de múltiples chips.
Qorvo está aprovechando las capacidades de sus productos en frecuencias bajas a ondas milimétricas para satisfacer las demandas de productos de las redes 5G de próxima generación para soluciones de ondas milimétricas y sub-6GHz. Se incorpora una amplia gama de productos en las pruebas de campo de 5G en curso, Qorvo tiene varios contratos de desarrollo de productos con los principales OEM para cruzar los plazos de los operadores de red para el despliegue de la red 5G. Echemos un vistazo a algunas de las tecnologías y productos que están trayendo 5G y futuro de la robótica a la realidad.
La integración hace que todo sea más fácil: módulos frontales QPF
Qorvo es líder en módulos frontales de infraestructura 5G (FEM). Los FEM son módulos integrados de radiofrecuencia (RF) que contienen amplificadores, filtros, interruptores y otros componentes. El FEM de circuito integrado de microondas monolítico (MMIC) Qorvo QPF4001 GaN es un módulo de dispositivo multifunción destinado a estaciones base y terminales de matriz en fase 5G de 28 GHz (26-30 GHz). Combina un LNA de alta linealidad y bajo nivel de ruido, un conmutador de transmisión / recepción (TR) de baja pérdida de inserción y alto aislamiento y un PA multietapa de alta ganancia y alta eficiencia. Al operar a una frecuencia más alta, Qorvo ofrece el QPF4005 Dual Channel FEM, que es un módulo GaN MMIC multifuncional dirigido a estaciones base y terminales de matriz en fase 5G de 39 GHz (37–40,5 GHz). También combina un LNA, una pérdida de inserción baja, un interruptor TR de alto aislamiento y un PA multietapa de alta ganancia y alta eficiencia. Además, el módulo de transmisión / recepción GaN Qorvo QPF4006 de 39 GHz (37–40,5 GHz) está diseñado para terminales y estaciones base 5G de matriz en fase de 39 GHz. Al igual que los demás, combina un LNA de alta linealidad y bajo ruido, una pérdida de inserción baja, un interruptor TR de alto aislamiento y un PA multietapa de alta ganancia y alta eficiencia.
Refuerzo de señal: amplificadores de ganancia plana QPL
Los amplificadores de ganancia lineal Qorvo QPL9057 están diseñados para proporcionar una ganancia lineal de 2,4 dB en un ancho de banda amplio de 1,5 a 3,8 GHz. Estos amplificadores de ganancia proporcionan una ganancia de 22,8 dB, + 32 dBm OIP3 en una configuración de polarización de 50 mA y una figura de ruido de 0,54 dB. Los amplificadores de ganancia QPL9057 requieren cinco componentes externos para operar desde una sola fuente positiva, ya que se combinan internamente mediante un proceso E-pHEMT de alto rendimiento. Las aplicaciones típicas incluyen infraestructura móvil, repetidores, sistemas dúplex por división de tiempo (TDD) o dúplex por división de frecuencia (FDD), LTE / WCDMA / CDMA / GSM e inalámbricos de uso general.
Canales duales, diferentes frecuencias: amplificadores de bajo ruido con interruptor QPB
Los módulos LNA de conmutación de doble canal Qorvo QPB9329 de 4,4–5,0 GHz son FEM altamente integrados destinados a estaciones base Dúplex por división de tiempo (TDD). Estos módulos de conmutador integran un LNA de dos etapas y un conmutador de alta potencia en una configuración de dos canales. Asimismo, los módulos LNA de conmutador de dos canales Qorvo QPB9337 de 2,3–3,8 GHz son módulos de front-end altamente integrados destinados a estaciones base TDD. Al igual que el QPB9329, estos módulos LNA integran un LNA de dos etapas y un interruptor de alta potencia en una configuración de dos canales. Los módulos LNA QPB9337 pueden controlar las funciones de apagado y derivación con los pines de control del módulo. Estos módulos están diseñados para aplicaciones de infraestructura inalámbrica configuradas para arquitecturas de entrada y salida múltiples (MIMO) basadas en TDD.
Toque rápidamente el botón: interruptores SOI absorbentes de alto aislamiento QPC
Los interruptores de RF de silicio sobre aislante (SOI) Qorvo QPC como el QPC6054 están diseñados específicamente para comunicaciones celulares, 3G, LTE y otras comunicaciones de alto rendimiento. Los dispositivos tienen un diseño de montaje en superficie para facilitar el montaje y funcionan de 5 MHz a 6 GHz. Desarrollados con una topología simétrica de alto aislamiento, los interruptores QPC SOI RF ofrecen una excelente linealidad y capacidad de manejo de potencia. El QPC6054 es un interruptor unipolar, una posición (SPST). El interruptor absorbente Qorvo QPC6324 de alto aislamiento y alto aislamiento de dos posiciones (SPDT) ofrece un alto aislamiento con excelente linealidad y capacidad de manejo de energía. El conmutador QPC6324 encuentra sus aplicaciones en una amplia variedad de aplicaciones de infraestructura inalámbrica 4G / 5G.
Conclusión
Es importante tener en cuenta que la tecnología 5G no transformará la robótica de la noche a la mañana, ya que muchas de las aplicaciones y tecnologías para lograrlo están ahora en estado embrionario, en desarrollo o simplemente en la mesa de dibujo. En cambio, 5G debería verse como el comienzo de una nueva era en las telecomunicaciones que permite por primera vez la robótica y muchas otras aplicaciones. Além disso, os robôs móveis também estão longe de ser uma tecnologia madura e provavelmente levará anos antes que eles sejam amplamente implantados em aplicações que vão desde a manufatura e produção à agricultura, operações de busca e resgate, ampla pesquisa e operações de resgate, e muchos otros.
5G requerirá enormes niveles de innovación en todos los aspectos de la red, desde el desarrollo de sistemas de comunicación de ondas milimétricas hasta arquitecturas de red virtuales y definidas por software, y nuevos métodos de acceso inalámbrico que permitan a muchos robots operar en un área pequeña sin interferir con El uno al otro. Por encima de todo, está la latencia, que los investigadores deben encontrar una manera de reducir a una virtual insignificancia.