Control Automático: La ciencia invisible que lo mueve todo

Es probable que ayer, ya fuera por la mañana, tarde o noche, hayas tomado una ducha, algo que en el futuro podría considerarse un lujo insostenible. Entraste a la regadera y, casi automáticamente, abriste las llaves del agua. Sentiste la temperatura del agua sobre tu piel y comenzaste a ajustarla, girando las llaves que controlan el flujo desde el calentador o el tinaco.

Este proceso de regulación, en el que abrías las llaves y comprobabas la temperatura, se repitió cerrando un lazo de control, hasta que el agua alcanzó una temperatura agradable, permitiéndote continuar exitosamente tu rutina de baño.

El estudio de procesos donde se requiere cerrar el lazo son el objeto de estudio de un área derivada entre la combinación de la ingeniería y las matemáticas llamada control automático, una disciplina que quizá no sabías que existía.

En términos simples, el control automático consiste en usar modelos matemáticos para diseñar acciones correctivas que modifiquen cuantitativamente el comportamiento de los fenómenos en la naturaleza. Estos fenómenos se representan como un sistema con entradas (lo que se le da al sistema) y salidas (el resultado que produce).

Al aplicar señales de entrada al sistema, es posible modificar las salidas para lograr el resultado deseado. Además, si además se cierra el lazo a través de sensores que monitorean las salidas de manera continua, se puede garantizar que la salida del sistema no solo responda a la entrada de la manera requerida, sino que también se asegure la estabilidad del sistema, evitando fallos y proporcionando robustez ante perturbaciones externas o ruido no previstas inicialmente.

La labor principal de un ingeniero en control radica en diseñar las estrategias adecuadas en las entradas del sistema a partir del uso del modelo y en la realimentación proporcionada por los sensores.

En sus inicios, el impacto del control automático se evidenciaba en el desarrollo de tecnologías fundamentales para la humanidad. Con el tiempo, su filosofía se extendió a otras disciplinas científicas como la biología, la medicina, la economía, la agricultura y la computación, entre muchas otras.

Uno de los logros más inspiradores del control automático, desde una perspectiva tecnológica, es el algoritmo que estimaba de manera precisa la posición de la nave en la misión Apolo que llevó al ser humano a la Luna. Este hito sigue motivando generaciones, particularmente, me hizo dedicarme profesionalmente en esta área.

Hoy en día, el control automático está presente en muchos de los electrodomésticos y productos de línea blanca que usamos a diario, como los sistemas de llenado de agua en lavadoras, las licuadoras que permiten desleír frijoles, y los sistemas de regulación de temperatura y vertido de agua en cafeteras.

Además, muchas personas experimentan, sin darse cuenta, el buen desempeño de los sistemas de velocidad y altitud en aviones comerciales, controlados por pilotos automáticos durante sus viajes de negocios o en tus próximas vacaciones. Asimismo, se usan drones que permiten realizar formaciones espectaculares en el cielo, apagar incendios o entregar comida a domicilio, gracias a sistemas de control de coordinación, flotación o seguimiento de rutas.

Recientemente, la promesa de viajar de manera segura en automóviles autónomos ha cobrado gran relevancia, utilizando un gran número de sensores para percibir el entorno, ajustar la velocidad o distancia con el coche de enfrente y tomar decisiones en cada ruta. Incluso nos hemos maravillado con robots humanoides de servicio, capaces de caminar e interactuar físicamente y de forma segura con los humanos.

No menos importante, lo es el uso de políticas óptimas de control que permiten entender el crecimiento económico de un país, estrategias que permiten incrementar o disminuir la microbiota en el intestino, mejorando el proceso digestivo y su regulación metabólica; o elegir la mejor propaganda en una campaña electoral para mover votos en masa población.

También, fuimos testigos de la implementación de estrategias no farmacéuticas para la mitigación de brotes epidemiológicos, todo lo anterior derivado de esta ciencia invisible. Parafraseando a Arquímedes, “dame un modelo y moveré al mundo” no parece una idea tan descabellada ante los ojos del control automático.

Sin duda, el control automático es una piedra angular de la ciencia; aunque invisible a simple vista, desentraña los grandes misterios del comportamiento de los sistemas que nos rodean y regula el movimiento de todo.

Autor: Christopher D. Cruz-Ancona
Cargo: Profesor investigador en Teoría de Control en el Departamento de Mecatrónica, Tecnológico de Monterrey, Campus Querétaro.