En el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, ubicado en Menlo Park, California, un sistema robótico avanzado desarrollado por Square One Systems Design en colaboración con Beckhoff está transformando la ejecución de experimentos de física de altas energías. El Tri-Sphere Robotic Positioning System permite maximizar el aprovechamiento del llamado beam time, un recurso crítico en instalaciones científicas de esta magnitud.
El Tri-Sphere es un robot paralelo patentado, diseñado específicamente para cumplir con los exigentes requerimientos de la investigación científica. Aunque ofrece seis grados de libertad, como los robots industriales convencionales, se diferencia por combinar capacidad de carga excepcional, precisión ultraalta y un diseño compacto, ideal para espacios reducidos.
Automatización alineada con estándares científicos
El sistema cumple con el estándar EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System), ampliamente adoptado en la comunidad científica. Esta arquitectura estandarizada mejora la interfaz, el control de equipos y el análisis de metadatos generados durante los experimentos.
La implementación del Tri-Sphere forma parte de las actualizaciones del Linac Coherent Light Source (LCLS), el láser de rayos X de electrones libres más potente del mundo. La actualización LCLS-II elevó la capacidad del sistema de 120 pulsos por segundo a 1 millón de pulsos por segundo, mientras que la futura expansión LCLS-II-HE aumentará aún más la energía de los rayos X.
Estas mejoras abren nuevas posibilidades en áreas como energía solar, superconductores, investigación farmacéutica avanzada y descubrimiento de fármacos.
Precisión extrema y manejo de cargas pesadas
Gracias a su geometría compacta, el Tri-Sphere puede integrarse en las hutches, espacios críticos donde los haces de rayos X atraviesan las muestras. El sistema garantiza un posicionamiento preciso dentro de haces tan estrechos como 100 nanómetros.
“El robot fue diseñado para manejar hasta 12,000 libras (5,440 kg), una capacidad muy superior a la de los robots convencionales”, explica Bob Viola, Director de Ingeniería en Square One Systems Design.
Reducir los tiempos de cambio es clave para maximizar el beam time. “Cada segundo cuenta. La capacidad de realizar cambios rápidos sin sacrificar precisión es un verdadero punto de inflexión”, enfatiza Viola.
Control basado en PC y EtherCAT como base del desempeño
El Tri-Sphere utiliza PCs embebidas Beckhoff CX2033 como controlador principal, junto con EtherCAT para comunicación en tiempo real y el software TwinCAT NC PTP para el control de movimiento.
La arquitectura EtherCAT permite una red altamente escalable, con hasta 65,535 dispositivos, topologías flexibles y gabinetes compactos. Además, integra terminales de accionamiento, encoders absolutos, tecnología TwinSAFE y Safety over EtherCAT (FSoE), garantizando seguridad tanto para el personal como para los equipos.
El sistema también cumple con los estrictos requisitos de anclaje sísmico de California, manteniendo la precisión incluso ante actividad sísmica.
Menos tiempo muerto, más ciencia
“Ahora es posible preparar configuraciones experimentales fuera de la hutch activa sin detener la línea de haz”, señala Viola. “El sistema redujo los tiempos de cambio de dos días a solo 12 horas”.
Para Mathew Garcia, Business Development Leader en Beckhoff USA, el proyecto demuestra el valor de la colaboración tecnológica:
“Es emocionante ver cómo nuestra tecnología contribuye directamente a mejorar la eficiencia y los resultados científicos”.
Gracias a su flexibilidad, robustez y precisión, el Tri-Sphere ya se ha implementado en otros laboratorios de renombre mundial, consolidándose como una herramienta clave para impulsar la próxima generación de descubrimientos científicos.
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