Diseño de una máquina de microgravedad de tres grados de libertad

Abstract

Este trabajo de tesis plantea el diseño de una novedosa máquina de microgravedad centrífuga que consta de 3GDL (3 Grados de Libertad) y que se diferencia de sus similares por dos motivos principales: la máquina propuesta está diseñada para funcionar dentro de varios modelos de incubadoras comerciales, por lo que el coste de implementación es mucho menor; y el segundo motivo es que posee un grado de libertad adicional, el cual ha sido estudiado e implementado en [1], en donde se concluye que con este grado adicional se consigue menores valores demicrogravedad, lo que significa mayor calidad de microgravedad. El objetivo principal de este trabajo de tesis es obtener mediante simulaciones un valor de microgravedad entre 10-4g y 10-5g, valor establecido como óptimo para realizar pruebas biológicas con estas máquinas según el Profesor Julio Valdivia, Director de la Carrera de Bioingeniería de la Universidad de Ingeniería y Tecnología (UTEC). Para ello, primero se realizó el modelado cinemático de la máquina de microgravedad de 3GDL. A partir de este modelo se realizaron simulaciones en el programa Matlab para evaluar el desempeño en función de microgravedad obtenida de esta novedosa máquina. Las simulaciones se llevaron a cabo para los dos modos de funcionamiento de la máquina de microgravedad centrífuga, llamados Modo Clinostato y Modo RPM. La microgravedad o aceleración gravitacional obtenida para el caso del Modo Clinostato es menor a <0.221x10-4g luego de 24 horas de simulación; y para el caso del Modo RPM se obtuvo microgravedad de 0.02g luego de 5 horas de simulación. Los resultados de microgravedad de ambos modos fueron comparados con los valores de microgravedad del Clinostato de [4] y el RPM de [5], mostrando una mejora en la calidad de microgravedad del 87% y 9.09% respectivamente. Adicionalmente, se construyó un prototipo de la máquina de microgravedad. Se tomaron lecturas del sensor acelerómetro BNO055 y se obtuvo un resultado de 0.1g luego de solo 8 min de simulación. Debido a que es el primero prototipo existen muchas mejoras posibles con componentes de mayor precisión para reproducir los valores de microgravedad obtenidos en simulación.