Innovación en el robot LESS del CERN
Robótica para estructuras de superficie diseñadas por láser
En este artículo:
- El robot LESS permite el tratamiento de superficies in situ en el CERN: Desarrollado por Waygate Technologies, el robot LESS realiza el tratamiento de estructuras superficiales mediante ingeniería láser (LESS) en el interior de las pantallas del haz del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) para eliminar las nubes de electrones que degradan el rendimiento del haz de protones.
- Robótica de precisión para espacios confinados: El robot opera dentro de puntos de acceso extremadamente estrechos (ranuras de 15 cm) y pantallas de haz largas (hasta 15 metros), utilizando un movimiento inchworm accionado neumáticamente y un cabezal de tratamiento giratorio controlado con precisión.
- Grabado por láser de alta precisión: El sistema graba patrones microscópicos en espiral en superficies metálicas con una precisión de 10 micras, creando texturas que atrapan electrones y evitan la formación de nubes en el interior de las cámaras de vacío del LHC.
- Innovación en colaboración con el CERN y el mundo académico: El proyecto fue un esfuerzo conjunto en el que participaron el CERN, la Universidad de Dundee y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC), mostrando el poder de la ingeniería interdisciplinar.
- Gran avance en el mantenimiento de aceleradores de partículas: El robot LESS representa un gran avance en el mantenimiento robótico de la física de altas energías, ya que permite modificar superficies de forma no invasiva y con gran precisión en uno de los instrumentos científicos más complejos del mundo.
LESS
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Se puso en marcha el 10 de septiembre de 2008 y sigue siendo la última incorporación al complejo de aceleradores del CERN. El LHC consiste en un anillo de 27 kilómetros de imanes superconductores con una serie de estructuras aceleradoras para aumentar la energía de las partículas a lo largo del recorrido.
Desarrollada conjuntamente por investigadores de la Universidad de Dundee y el Science and Technology Facilities Council (STFC), la tecnología -conocida como LESS (Laser Engineered Surface Structures)- aumenta la gama de experimentos posibles en el LHC al ayudar a eliminar la llamada "nube de electrones": una nube de partículas negativas que puede degradar el rendimiento de los haces primarios de protones que circulan por el acelerador.
Este tratamiento in situ de la superficie debe realizarse en tubos relativamente largos (hasta 15 metros) y estrechos, lo que significa que la luz láser debe llegar a grandes distancias en un espacio muy limitado. Para el tratamiento in situ de los imanes del LHC, el acceso a las pantallas del haz está limitado a una ranura de entrada de 15 cm de longitud creada desmontando parte de la unidad de interconexión extraíble denominada módulo enchufable. Además, el patrón de ranuras elegido requiere una gran precisión en el movimiento del cabezal de tratamiento (10 micrometros). Todos estos requisitos condujeron a un sofisticado desarrollo de hardware y software, a saber, la fibra óptica con el sistema de entrega del haz, el robot que transporta la fibra y proporciona el tratamiento dentro de la pantalla del haz y el sistema de control que gestiona todo el proceso.
Sección transversal de la superficie tratada LESS
Vista superior de la superficie tratada LESS.
Véalo en acción
Objetivos del proyecto
El robot de tratamiento LESS es una solución novedosa diseñada y fabricada por Waygate Technologies Robotics para el tratamiento in situ de las pantallas del haz del LHC. Las dimensiones del robot están limitadas longitudinalmente por la ranura de entrada de interconexión y por la forma de la sección transversal de la pantalla. El robot se desplaza a lo largo de la pantalla utilizando el principio de movimiento de tornillo sin fin, por medio de un sistema de sujeción accionado neumáticamente. El movimiento del robot a lo largo de la pantalla del haz está desvinculado del movimiento del cabezal de tratamiento, que se lleva a cabo mediante un motor eléctrico acoplado a un tornillo de accionamiento de precisión.
Durante la estructuración LESS, el robot permanece rígidamente sujeto a la pantalla del haz y sólo el cabezal de tratamiento giratorio se mueve longitudinalmente grabando el patrón en espiral en la pantalla del haz.
Las pruebas han demostrado que es posible reformular la superficie de los metales de las cámaras de vacío del LHC con un diseño que, bajo el microscopio, se asemeja al tipo de acolchado acústico que se ve en los estudios de música. La superficie puede atrapar electrones, manteniendo las cámaras libres de la nube. La Universidad de Dundee afirmó que las pruebas iniciales realizadas en el Super Proton Synchrotron, el inyector del LHC, han demostrado que el método LESS es muy eficaz para controlar el rendimiento de electrones, ya que las nubes de electrones se han erradicado por completo.
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