Tecnología del siglo 21 para el modelismo naval

[Hellmut1956]

Hola amigos

A pesar de los ataques a que he estado expuesto debido a mi traducción del proyecto de la tarjeta experimental como propuesta para aquellos que quisieran agregar a las diversas técnicas que usan en sus actividades del modelismo naval, no quiero excluir a aquellos que pudieran estar interesados , presentarles e introducirlos a mis últimas actividades. Eso sí, el querer aplicar la técnica del diseño por modelación y para poder considerar los beneficios de tal técnica, la actitud de aceptar electrónica, no solo como algo que se compra de vendedores comerciales o por copiar diseños disponibles en el internet o replicar cosas existentes en el internet, sino como una tecnología que abre campo a posibilidades adicionales, tal como a mí me ha abierto la puerta a la posibilidad de usar la tecnología de diseño por modelación en nuestra afición, es un requisito indispensable. Dejemos por lo tanto a aquellos "maestros" a un lado!

Como quienes siguen mi proyecto paso a paso del velero carina a base de los planos del velero Voilier que compré aquí en Alemania, uso ese proyecto como la línea roja para seguir y estudiar las diversas técnicas con las que me encuentro por el camino. El elemento de partida que me llevó a empezar a estudiar para adquirir los conocimientos requeridos para usar la tecnología del diseño por modelismo fue mi decisión de usar un motor de paso como motor para realizar el winche, que fuera capaz de ser el actor de un sistema de control de escota capaz de cambiar el largo de la escota por 840 cm! Así en muchos foros en los que publico mis actividades investigativas aparece la pregunta de como es posible que las escota para el control de la vela mayor en mi carina requiera un cambio del largo de 840 cm!



El palo de la mayor siendo 100 cm de largo y aplicando la ley de pitágoras, el largo de la escota cuando el palo se encuentra en una posición perpendicular al eje central del casco es de 140 cm aproximadamente, la raíz cuadrada de 2, multiplicada por 100cm. Así teniendo la escota una vez de la cubierta al cabo del palo de la mayor cambia entre "0" mas un largo básico del tambor al palo de la vela mayor. Pero, si como se ve en la foto, la escota va 6x de la cubierta al palo de la mayor el cambio de largo requerido es de aproximadamente 6*140 cm o los famosos 840 cm! Tal largo de escota exige controlar el largo de la escota estrictamente en relación al ángulo de abertura del palo de la mayor al eje central del casco para evitar que la escota se trabe con algún obstáculo por ejemplo sobre la cubierta.

Además una vela del tamaño de aquella de mi velero ejerce una fuerza bastante grande sobre la escota, cuando el viento presiona la vela y la escota evita que se siga abriendo. El efecto de esa fuerza de tiro es el torque que la escota ejecuta sobre el motor que acciona el tambor de la escota. El radio de ese tambor entre como factor en el cómputo del torque:

T = F * radio del tambor

Un amigo aquí en Alemania compró un winche especial para veleros que requieran mover bastante escota, 140cm y donde la presión del viento crea un torque grande, gastando casi 400,- Euros por winche con un tambor para la escota cónico. Aquí para recordar, una foto ya bastante vieja donde muestro el modelo con la vela que he previsto:



Como resultado de tratar de presentar de forma simplificada la estructura de mis sistema de control de escotas a un amigo y como consecuencia de bastantes iteraciones que me permitieron avanzar en desarrollar una vista sistemática del sistema pude crear el siguiente gráfico:



El gráfico se explica como sigue:

El sistema me permite controlar en paralelo la vela mayor y la foque, por lo cual 2 sistemas equivalentes de los que resulta la simetría. A la izquierda el bloque indica el receptor del radio control que recibe la información sobre la posición del stick de control en la emisora. En un sistema de radio control el el receptor, sea análogo o digital y que como resultado hace disponible una señal PWM que se repite 50 veces por segundo y donde el largo del pulso da referencia de la posición del control en la emisora. Servos usan su electrónica para así encontrar la posición correspondiente del servo. Si se usa sistemas alternativos como los XBee Pro, entonces ya se recibe esa información de forma digital.

Como mi velero, fuera del sistema de control de escotas contiene múltiples sistemas adicionales, como también hay que controlar el timón esos datos son suministrado a una placa que denomino central y que se encarga de dar las informaciones requeridas a los diversos subsistemas. Aquí solo miramos el subsistema de control de escotas y allí solo al superior, asumiendo que este es el responsable para el control de la escota del palo de la vela mayor. El siguiente bloque representa la "inteligencia" de ese subsistema y que por su bajo costo económico y sus pequeñas dimensiones físicas escogí la placa LPCXpresso1769, siendo el microprocesador un LPC1769, un ARM Cortex M3 que contiene la periferia del decodificador de cuadratura, función que requiero para aprovechar la interfaz correspondiente del sensor angular magnético de la empresa Austria Micro systems, abreviado AMS. Ese sensor angular está montado como lo muestra la gráfica siguiente:



Pido excusas por los errores tipográficos. El palo de la vela mayor esta conectado de forma fija a un eje vertical que es girado siempre que el palo de la vela mayor gira. Ese eje vertical va hasta muy cerca de la superficie de la cubierta y tiene en ese cabo un magneto de mínimo 8mm de diámetro:



En el gráfico se puede ver, que los polos del magneto se encuentran en hemisferios opuestos, creando un campo magnético que el sensor puede monitorear, dando así el dato sobre giros del magneto. La distancia vertical entre el magneto y el sensor debe ser entre 2 y 1 mm y mantener esa distancia de forma muy, pero muy constante. Por otro lado hay que considerar que al montar el velero al borde del lago hay que iniciar el sistema de forma adecuada. Por eso el magneto sobre el cabo próximo a la cubierta va montado de forma que me sea posible girarlo en relación al eje. Así, cuando monto el velero, pongo el palo de la mayor al ojo en la posición central y giro de forma manual el dispositivo en el cual pongo el magneto hasta que el monitoreo por el sensor angular reconozca que este está alineado de tal forma que el índice que es activado una vez cada 360° de giro, se encuentre en la posición adecuada iluminando entonces un LED.

Para entender est hay que saber como funciona la codificación de cuadratura que es monitoreada por la periferia correspondiente del controlador LPC1769. La interfaz de esa periferia contiene, al igual que el sensor angular, 3 señales, A, B Y Z o Índice:





Así, cada vez que el palo de la mayor pase por la posición central perpendicular sobre el eje central del casco, la señal "I" es activada y la software puede volver a calibrarse, evitando así la acumulación de errores angulares de la software. La relación entre las señales "A" y "B", cual ocurre primero, indica la dirección de giro y dentro de la periferia de cuadratura del LPC1769 la variable que monitorea la posición del palo es aumentada o disminuida por una posición. La parte mas avanzada de AMS y donde se va a ver la ampliación de productos correspondientes en el 2015 es de 16 bits, respectivamente 14 bits. Que nos dice esto? Pues bien, por giro de 360° el sensor angular registra 16 bits de posiciones diferentes o ángulos. la forma de calcular mentalmente el significado es sencillo si se considera que:

10 bits equivalen 1014 posiciones y
6 bits 64 posiciones, 4 bits 16 posiciones!

De allí, 14 bits de resolución por giro de 360° son 1024 x 16, 16 bits 1024 x 64 posiciones. Como para monitorear la posición del palo solo se require monitorear el ángulo por 90°, o la cuarta parte del giro completo de 360°, el sensor de 14 bits no da 4x1024 posiciones o 90/4096 = 0,022° entre posición y posición, el sensor de 16 bits monitorea 0,0055°. resulta que el dato digital suministrado por el sensor angular siempre tiene 2 bits o el divisor de 4 menos resolución. Si el dato se extrae analizando o un valor análogo, PWM o si se lee el valor en el registro correspondiente dentro del sensor, el máximo de resolución es alcanzado! esa 2 tipos de datos son equivalentes a la función de monitoreo de posición incremental, la resolución baja y absoluta, la resolución menor. La periferia de decodificación incremental que usa las señales "A", "B" e "I" exclusivamente la uso para monitoreo de la posición del palo de la vela y la periferia la monitorea de forma independiente de la ejecución del controlador. La posición de alta resolución, la posición absoluta, no sabe de múltiples giros, esa la usa para implementar umbrales. Los siguientes gráficos los utilizo para explicar el asunto:



Este gráfico muestra a la izquierda la relación entre los valores digitalizados midiendo el largo del pulso PWM del canal del receptor y la posición de la palanca de control de la emisora. Dependiendo de la frecuencia del tic del contador en el microcontrolador que se inicia cuando empieza el pulso recibido en la señal del canal del receptor del radio control en el momento, la resolución al digitar el largo del pulso varía. En este gráfico asumí 1024 posiciones detectables de la palanca de control de la emisora. todos me van a confirmar que aún el piloto mas sensible no es capaz de conscientemente poner la palanca de control en una de 1024 posiciones, por lo que este ejemplo para facilitar los cálculos uso 1024 posiciones, pero igual se podrían implementar solo 512 o 256 posiciones diferentes. El controlador de la central en el modelo monitorea todos los canales del receptor y digitaliza el largo del pulso con un valor entre 0 y 1024. En la programación decidimos que variación es considerada sin cambiar de valor, por ejemplo 512 es la posición central, pero podríamos asumir que cualquier valor entre 500 y 524 es considerado igual a 512 y igual a ser el valor de la palanca de control el la emisora en la posición central esos 2 valores son llamados umbral superior e inferior respectivamente. ese valor 512 es usado para entrar en una tabla de datos grabada en la memoria flash del controlador. Eso es lo que la tabla a la derecha del gráfico explica.

Así, si el controlador de la central, el segundo bloque del gráfico del sistema de control de escotas de la derecha registra que el valor recibido para la palanca de control en la emisora no ha cambiado, el no pasa ese dato a la otra placa encargada de controlar el motor de paso. Así reduzco el tráfico de datos entre las placas! La tabla en el gráfico arriba indica que entre el valor digitalizando la información sobre la posición de la palanca de control en la emisora y la posición del motor de paso que gira el tambor de escota hay una relación fija.

La placa LPCXpresso1769 recibe de la placa que conforma la central en el modelo la información sobre que posición del motor de paso equivale a la posición de la palanca de control en la emisora! Ese valor representa el valor que define el máximo ángulo hasta el cual el palo de la vela mayor tiene permiso de abrirse a razón de lo que hace el usuario en su emisora, tal cual estamos acostumbrados!

Para eso hay que explicar la función del motor de paso haciendo girar el tambor que define cuanta escota es soltado o recogida:



Aquí vemos el tambor de escota montado al motor de paso, el tambor aun no acabado por problemas que tengo con la fresadora. Este tambor tendrá una circunferencia sobre la cual enrolla o desenrolla la escota de 400mm, así que un giro del motor de paso suelta o colecta 400mm de escotas. de allí resulta que 21 revoluciones de 360° enrollan o desenrollan los 840cm de escota que quiero poder alargar o acortar la escota. En la tabla anterior grabada en la memoria flash del controlador de la "central" la posición de la palanca de control en la emisora define hasta que posición el motor de paso con el tambor tiene peremisode girar para limitar la medida por la cual se abre la vela mayor del modelo. El motor de paso da 200 pasos completos por giro de 360° y 256 micropasos por cada paso completo, de lo que resultan 200 * 256 = 51.200 posiciones posibles por giro de 360° y esto multiplicado por 21 da el total de posiciones posibles o 51.200 * 21 = 1.075.200 posiciones diferentes o largos diferentes de la escota. Así vemos que el motor de paso tiene mas de 1 millón de posiciones diferentes definiendo el largo de la escota, cuando el sensor angular solo conoce 4096 posiciones monitoreables del palo de la vela.

De allí resulta que el motor de paso tiene mucho campo para implementar una posición adecuada y una forma de moverse entre posiciones para permitir adaptar el largo de la escota.



Este gráfico muestra la relación entre la palanca de control de la emisora hasta la posición del motor de paso. creo que muy bien presenta las relaciones y las magnitudes de variación disponibles en cada paso.



Este último gráfico muestra la relación entre posiciones del palo de la vela mayor por ejemplo en verde, siendo "X" la posición actual provista por el sensor angular usando la periferia de cuadratura en el controlador con la resolución de 2 bits inferior a aquella posible usando los datos de posición absoluta. "X-1" en la posición inmediatamente vecina a la posición actual del palo de la vela, "X+1", la posición vecina opuesta! La razón de ser de los umbrales y las repercusiones en la eficiencia energética de la función de control de escotas son lo que me llevó a descubrir el método de diseño por modelación, a reflexionar sobre el y sus posibilidades e implicaciones, por ejemplo en lo que se refiere a la eficiencia energética y a decidir sobre opciones del diseño del sistema. Las componentes electrónicas que uso para el control del motor de paso son de una empresa llamada "Trinamic" y que por ejemplo ofrece la placa "stepRocker" con un sistema de desarrollo, se llaman esos IDE o "Integrated Development Environment", que permite controlar parámetros cuyo impacto en la función del motor de paso son impresionantes:

http://www.flickr.com/photos/hellmut1956/9132690853

Perdonen que el video sea comentado por mi de tal mala calidad y en inglés! Pero les da la posibilidad participar como descubrí que tan veloz el motor de paso es capaz de girar y ademas les da la posibilidad de ver como a diferentes velocidades el motor de paso hace mas o menos ruido, vibraciones. Este video fue generado hace algún tiempo grabando mis experimentos al tratar de entender las relaciones entre ciertos parámetros y la función del motor de paso y donde a mi gran sorpresa llegue a alcanzar una velocidad muy alta. esto, para quién no sabe de motores de paso es impresionante si se recuerda que ese motor de paso lo puedo hacer mover entre cualquiera de las mas de 1 millón de posiciones posibles siendo operado como motor en mi diseño. Estos experimentos se limitaban a observar el comportamiento del motor de paso operando sin carga de torque y a solo 25/26 VDC y girando de forma continua. las componentes de trinamic hacen posible influenciar mucho mas parámetros y durante la reciente feria "Electronica" en Munich tuve ocasión de informarme sobre la evolución de sus productos y la introducción de productos nuevos con mas posibilidades in influenciar la operación del motor de paso. Ya iré a presentar esto mas tarde. Pero lo que también resulta de esto es que resulta poco factible realmente encontrar de forma empírica experimental el óptimo de los valores de los parámetros y de decidir por ejemplo si sigue siendo de uso proveer el motor de paso con un freno mecánico, que suelta aplicándole una tensión de 24 VDC. Por eso la tecnología de diseño por modelación y la descripción del sistema usando las capacidades de la lengua "Modelica" en conjunto por ejemplo con la software "Mathematica" y "SystemModeller" de Wolfram.com brinda la oportunidad de entender a mucho mayor detalle implicaciones de decisiones en el diseño y encontrar una solución energéticamente óptima. esto permitiría una implementación con mucho menos capacidad de batería que la que he provisto para este proyecto.

[Hellmut1956]

A razón de los miles de accesos al hilo quiero participarlos en los avances que voy haciendo en esta parte de mi proyecto del velero "Carina". Por un lado mi salud, en especial las limitaciones en mi capacidad de concentrarme por tiempo prolongado a razón de los paros cardiacos resultantes de las dosis y la combinación de medicamentos que tomo a razón de la hypertension desde que tengo 19 años, de la Diabetis que fue detectada hace algunos años y los infartos cerebrovasculares, en corto los llamo patatuz, esa mala dosificación resultó an problemas del ritmo cardiaco. Escribo esto, no por buscar compasión, sino para dar ejemplo a todos aquellos jóvenes mentales pero con carga de años, que nuestra afición nos ayuda a sobreponernos a los retos que esto impone. Adicionalmente, porque si hago algo lo hago de forma épica, voy aproximandome a los 15 años que estoy en paro, situación que a razón de mis problemas de salud me quedará por el resto del tiempo que el Señor me de!

Así, fuera de estudiar de forma fascinada las materias universitarias para actualizar mis conocimientos sometidos a la erosión de 35 años desde que visité la universidad, y que requieren ser actualizadas y extendidas para poder aplicar la tecnología de diseño por modelación, también sigo reflexionando sobre cuestiones que voy descubriendo durante este tiempo. Me aproximo a completar el primer año en estas actividades.

Por un lado en las matemáticas estoy estudiando "Calculo" usando el curso 10.01 ofrecido por la MIT de Boston de forma gratuita como parte de su programa de "OpenCourseWare", el enlace les doy aquí! A diferencia de la práctica que ejercité tanto durante mi bachillerato donde pasé las matemáticas con un sobresaliente y durante los estudios de ingeniería mecánica, no tolero saltarme nada y adquirir el máximo de comprensión de cada tópico. Pues resulta que la universidad técnica de Munich, en breve TUM para "Technische Universität München" ofrece como parte del "bachelor" ciertas materias, donde mi interés está en lo que se denomina como matemática pura, la otra universidad en Munich, la "Ludwig Maximilian Universität, en breve LMU, ofrece cursos en su bachelor de matemáticas que en aquella parte que me interesa son complementarios a los ofrecidas por la TUM. Ustedes, igual a que era conmigo, se dejarán intimidar por las denominaciones como estudio de matemáticas y aún mas de matemáticas puras. Creo que eso no es justificable si se evita la intimidación y se mira de forma pragmática y libre de prejuicios. Que tiene esto que ver con nuestra afición del modelismo naval en general y con eso del uso de tecnologías del vigesimoprimer centenario? Todas las ciencias y la ingeniería, la biología, la filosofía, etcétera, etcétera hoy usan de forma mas o menos extensiva las matemáticas en sus materias. Porqué? Porque las matemáticas representan algo equivalente a un idioma, a la capacidad de escribir, para describir de forma objetiva y siguiendo las reglas por ejemplo de la lógica. Eso en combinación con la disponibilidad de los ordenadores y de que las capacidades de cómputo de estas se desarrollan de forma explosiva, ha hecho posible desarrollar y usar individualmente en nuestros ordenadores herramientas potentísimas como lo representan la software Mathematica de la empresa Wolfram y otros. Pero todo esto también ha tenido la consecuencia que los matemáticos en estos últimos 35 años desde que visité la universidad han investigado y descubierto areas en las matemáticas que permiten su uso universal en casi todos los areas de nuestra civilización! Je, je, por lo tanto también en nuestra afición! Adicionalmente resultando de las teorías de sistemas se ha desarrollado los conceptos de bloques causales y acausales para modelar cualquier sistema en la realidad y eso, no me pregunten que vino primero, pero la lengua llamada "Modelica" disponible también de forma gratuita en Openmodelica.org.

Una vez que uno es capaz de discernir aún de forma distante los conceptos, esto influye en la sistemática con la cual nos aproximamos a describir y analizar problemas. Así, llendo a mis diarios paseos con nuestro perro "Samy", reflexiono sobre los temas que me ocupan y uno es el de las consecuencias en la función de mi sistema de control de escotas resultante de usar "Umbrales" para adaptar el largo de la escota en todo momento, dependiendo de la posición actual del palo de la vela monitoreada. Recuerden que en mi velero Carina estaré usando el sistema de control de escotas tanto para la vela mayor, como también para la vela foque! Resulta que aparentemente el sistema de control de escotas en ningún momento tiene "consciencia", si me permiten el uso del término, de que la vela va a recorrer un ángulo mayor como ocurre cuando el viento cambia de dirección o el velero hace un giro! Significa que, para estudiar el caso extremo que el velero va a cambiar de rumbo y que por eso la vela va a girar en un segundo de la posición de 90° a babor a 90° a estribor, lo que resulta que el sistema de control de escotas primero tiene que acortar el largo de la escota por 840 cm siguiendo y adaptado a las posiciones que el palo va recorriendo, para luego volver a dar esos mismos 840 m de escota! Un segundo es el tiempo que tengo como objetivo el permitir tal maniobra! Siendo así que el largo de la escota es adaptado cada vez que el monitoreo de la posición absoluta del palo, el microcontrolador leyendo el valor correspondiente en el registro interno del sensor para reconocer cuando el palo alcanza la posición de un umbral, el sistema no se puede beneficiar del perfil de velocidad presentado de forma "S", lo que reduce de forma importante el estrés mecánico sobre los bloques por los que pasan las escotas. De allí resultan 2 retos, de los cuales identifiqué un tercero y que presentaré aquí!

El primero ya lo estimé de forma aproximada y muy burda durante el paseo con "Samy" y es el de cuantas sentencias el controlador será capaz de ejecutar durante el tiempo que toma al palo de recorrer la distancia angular entre 2 umbrales, que es igual a la distancia monitoreada usando el monitoreo incremental del sensor. Lo interesante que está resultando cuanto mas reflexiono sobre este aspecto creo que podré beneficiarme de informaciones adicionales disponibles tanto dentro de la periferia de cuadratura den tro del controlador LPC1769, como de la información sobre la posición del timón y el de la palanca de control en la emisora! de allí resultan posibilidades de experimentos que podré realizar en mi flamante laboratorio electrónico! Pero vayamos paso por paso.

Si el controlador opera bajo una frecuencia de 100MHz y es un controlador con instrucciones del tipo RISC, entonces para estimar usamos ese valor de 100 MHZ y de la ejecución de una sentencia por tic del controlador. Eso da 100 * 1024 * 1024 sentencias durante el un segundo que quiero poder lograr en caso extremo!

Pasemos a estimar el número de posiciones o umbrales que el sensor va a detectar durante tal maniobra durante un segundo:

El sensor registra de forma incremental creando las señales PWM "A", "B" e "I" 12 bits durante un giro de 360°, esto representa 4 * 1024 posiciones, como el palo solo gira 2x 90° = 180° durante ese un segundo resulta en 2 * 1024 Posiciones por segundo. de allí, si dividimos el número de sentencias que el controlador ejecuta por el número de posiciones incrementales que el sensor reporta a la periferia de codificación de cuadratura en el controlador LPC1769:

(100 * 1024 * 1024) sentencias / (2 * 1024) posiciones angulares detectadas = 50 * 1024 sentencias entre posición incremental y la vecina.

De allí resulta el primer resultado satisfactorio y es que el controlador puede ejecutar mas que suficientes sentencias para implementar cualquier control que considere necesario. La otro práctica es analizar este aspecto considerando el otro extremo:

El controlador sigue ejecutando 100 * 1024 *1024 sentencias durante el segundo que tengo como objetivo. Si ahora asumimos el uso de un sensor angular de la próxima generación y que usemos su capacidad de monitorear la posición absoluta con 16 bits, miremos que tantas sentencias el controlador puede ejecutar entre posición absoluta y la vecina del palo de la vela:

Seguimos analizando un giro de 180° del palo de la vela, 16 bits son 64 * 1024 / 2 = 32 * 1024 posiciones absolutas! hacemos la misma división en relación al número de sentencias ejecutables por el controlador en ese tiempo:

(100 * 1024 * 1024) sentencias / 32 *1024 posiciones angulares = 3,125 * 1024 sentencias entre posiciones absolutas vecinas.

Este resultado también es positivo!

Resulta que dentro del controlador, así también dentro del LPC1769 ciertas actividades dentro de la periferia de cuadratura tienen lugar sin la participación del núcleo del controlador. Habrá que analizar en experimentos, cosa que será para mi muy fascinante, como usando el dato sobre la velocidad de giro que la periferia en combinación con elementos de las bibliotecas CMSIS puede computar si así es posible iniciar un perfil de velocidad como el de forma de "S" que presenté mas arriba y cuyo control tiene lugar en la placa encargada de manejar el motor de paso, a la vez que información sobre la posición del timón, para asumir que el palo va a ejecutar un giro prolongado. Entonces la software se encargaría de monitorear el progreso del giro del palo de la vela asumido y compararlo con la ejecución del perfil de velocidad. Como es posible cambiar valores de parámetros que controlan la operación del motor de paso mientras que ejecuta su función, tengo la posibilidad de adaptar el movimiento real del motor de paso y del largo de la escota resultante.

El segundo aspecto es aquel del estrés mecánico sobre las componentes mecánicas, en special de los bloques. Con el video que presento mas arriba que muestra en comparación un perfil trapezoidal y uno en forma de "S" moviendo un vaso mitad lleno de agua. aquí resultará necesario ingeniarme como combinando la funcionalidad de perfiles de velocidad y el controlar la velocidad imprimiendo la frecuencia con la cual se ejecutan los pasos en el cambio de largo de la escota. me gusta agregar aquí que esto impacta de forma considerable los aspectos relacionados con la eficiencia energética y la pregunta si es justificable usar un freno mecánico o no!

El tercer aspecto tiene el termino llamado "latencia" relacionado. Latencia es el parámetro que describe cuánto tiempo pasa entre iniciar un proceso a tener el resultado. Aquí el proceso empieza con el sensor magnético angular registrando que el palo de la vela a alcanzado la posición correspondiente a uno de los 2 umbrales relacionados a la posición actual! Cuanto tiempo pasa hasta que esto es sabido por el controlador LPC1769 en la placa LPCXpresso1769. Aquí 2 aspectos difieren y el impacto aún no lo he reflexionado. En relación a la posición angular el LPC1769 recibe en su periferia el dato no cuando el umbral es alcanzado, sino recién cuando la posición angular del palo ha pasado de la posición "X" a la posición "X+1" o "X-1" según la dirección de giro. ya aquí existe una latencia que expresa los puntos diferentes de cuando el controlador LPC1769 recibe datos sobre la posición absoluta, lo que por el momento requeriría la participación activa del LPC1769 leyendo el valor del registro correspondiente. aquí existiría la posibilidad de evaluar el contenido de este registro contra el valor de los umbrales de forma local externa junto al sensor. Para esto sería posible o usar un controlador sencillísimo y baratísimo o una componente programable como un CPLD. Esta ejecutaría una señal que generaría una interrupción en el LPC1769 y que este recién entonces accedería el sensor. También sería posible que tal lógica adicional alrededor del sensor también indicara si es el umbral superior o el inferior el que ha sido alcanzado. eso hay que reflexionarlo.
Así la latencia resultaría no solo de ese paso del proceso, sino que cubriría todos los pasos requeridos hasta que el largo de la escota fuera adaptado. También puede ser relevante saber si la carga en forma de torque que la vela ejerciera sobre el palo y sobre la escota sería suficiente para beneficiarse del registro de tal cambio de posición!

La latencia tendría que ser menor que el menor de los tiempos que le tome al palo girar de una posición actual a la posición vecina. El cambio de largo de la escota está relacionado al valor del seno del ángulo entre el palo y el eje central del casco. Como lo muestra el recorrido de una curva senoidal el cambio es mayor por cambio de ángulo igual cuando el ángulo tiene un valor de 0° a cercano, a cuando el ángulo tiene un valor cercano a los 90°.

Y vuelvo a repetir la necesidad o el beneficio del sistema de diseño por modelación. Si en vez de usar texto o prosa para describir la situación como aquí, uso una descripción matemática como parte de la modelación me es posible analizar el comportamiento del sistema y su impacto por ejemplo en la eficiencia energética. La simulación de tal sistema modelado resultaría en la posibilidad de usar métodos matemáticos para cuantificar resultados y para interpretar los resultados de experimentos. Hago corta referencia a la técnica matemática de la diferenciación de una función. asi la primera diferenciación nos da el valor de la pendiente y un óptimo energético resulta cuando el valor de la pendiente de tal función fuera "0", o sea la tangente horizontal. pero en combinación con el uso de ordenadores y programas adecuados como lo es mathematica por ejemplo, aún si ciertas dependencias nos son describibles en forma de funciones, la matemáticas discretas y numéricas y las capacidades de esos programas de aproximar funcionesa los resultados de experimentos, permiten analizar y solucionar retos.

Es de allí que resulta el beneficio de estudiar las matemáticas de forma mas extensa. En los cursos relacionados al bachelor, pero también mas tarde de los masters, lo que se hace es aprender mas y mas técnicas matemáticas aumentando así el repertorio de técnicas disponibles para resolver un objetivo.

Pero también de allí resulta el beneficio de no solo estudiar las matemáticas, donde teniendo en mente su aplicación a un objetivo como el mio de crear un sistema de control de escotas hace de una materia que muchos consideran seca y aburrida, complicada y teórica, de pronto se vuelve práctica y manejable. Debido a que se trata de una afición no existe la urgencia de aprender materias al ritmo de una carrera académica y a los costos relacionados con tal desaparece por poder aprender y ver y escuchar lecturas de los profesores por video en el Internet! Como el objetivo de quien me siga en esto no es el adquirir títulos académicos, un efecto lateral simpático, sino el capacitarse a reflexionar de forma mas educada sobre los sistemasa como yo lo hago con mi sistema de control de escotas. Lo que he notado en las mas diversas conversaciones que he tenido por ejemplo durante mis visitas a las ferias, es que el uso aún es poco común lo que rápidamente lleva a tocar aspectos aún no publicados en artículos científicos, lo que facilita el encontrar temas para las tesis requeridas para adquirir títulos académicos. Pero resumamos. Las matemáticas por un lado nos dan técnicas que nos permiten entender y analizar soluciones y de encontrar tales soluciones de formas óptimas, por otro lado representan una habilidad similar a leer y escribir, pre requisitos para poder expresarse y entender cosas y de leer libros. Eso empieza por cosas tan sencillas pero al principio intimidantes como lo es aprender las notaciones matemáticas usadas en ecuaciones o expresiones matemáticas. Yo lo veo idéntico a aprender las abreviaciones requeridas para tomar nota de las instrucciones del control aéreo cuando saque mi licencia de aviación. Toca simplemente aprender las notaciones para así no tener que descubrir que demonios dice una expresión matemática, sino a captar lo que expresa.

Como escribí, las matemáticas se vuelven la forma como casi todas las materias se expresan. Capacitándose en matemáticas y cálculo como lo da el curso al que di el enlace arriba ya basta para empesar son equivalentes a la capacidad de leer, escribir y al cálculo básico que diferencia a un analfabeta de alguien que no lo es. Yo realmente me sentí y me siento como analfabeta por ser inculto empezando por entender las notaciones matemáticas. Pero una vez que se aprende a entender las notaciones matemáticas y a no dejarse intimidar sorprendentemente las matemáticas mas avanzadas parten de conceptos sencillisimos y fáciles de comprender y que nos habilitan an reflexionar sobre temas y de formas que nunca nos hubiéramos imaginado.

En un principio en mis investigaciones de que secuencia sería recomendable proceder con las matemáticas y teniendo muy consciente que cuando se trata con matemáticos para ellos muchas cosas son evidentes que definitivamente no lo son para el inculto matemático, me encontré con un curso de análisis en las matemáticas que partía de lo mas sencillo y es que en números enteros 1 + 1 = 2 y con una multitud de ejemplos donde esto resulta aparentemente refutado. Así, partiendo de algo tan sencillo como que 1 + 1 = 2 en números enteros y del rol de ciertos axiomas, bases no posibles de probarse y partiendo de las cuales se va demostrando mas y mas cosas, se puede aprender a pensar como matemático y adquirir destreza en aplicar las técnicas de pruebas matemáticas. Esto se denomina el acceso a las matemáticas de for,ma rigorosa, di estricta. A mi eso me capacitó a empezar a meterme en las matemáticas y de tener la impresión que pueda avanzar en esos estudios para lograr mo objetivo de modelar mi sistema de control de escotas!

Llendo a un evento del instituto de matemáticas de la TUM charlé con uno de los profesores y esto me dio una indicación que me intrigó y que me instó a investigar lo que lo dicho por el profesor implica. El dijo que en las últimas décadas las matemáticas habían pasado del foco en una metodología rigurosa a una de estudiar estructuras! Sigo aún estudiando e investigando esto y voy captando la potencia y el fuerte de tal esquema! Básicamente se puede decir que problemas de los mas diversos campos muestran comportamientos idénticos y que estos corresponden con las propiedades de ciertas estructuras matemáticas. Un grupo de matemáticos bajo el seudónimo de "Bourbaki" trabajan desde 1935 en clasificar las matemáticas bajo aspectos estructurales definiendo 3 tipos de estructuras "madre" sobre las cuales las otras estructuras se organizan. Son estas:

Estructuras de orden
Estructuras algebraicas
Estructuras topológicas

Para tener una noción que se oculta detrás de esos 3 tipos básicos de estructuras los números enteros son un buen ejemplo. Si se tiene algo cuyos elementos que lo componen forman una estructura, entonces los números enteros definen un "conjunto" que se compone de los números enteros positivos, incluyendo el "0". Todos sabemos que al "0" le sigue el "1", el "2", etcétera. Los números tienen un orden!

Las estructuras algebraicas igualmente no son difíciles de conseguir una noción de que se trata. Lo único que se requiere es no dejarse intimidar y realmente aceptar que la noción básica es sencilla. Tomemos los mismos números enteros y agreguemos a estos los números enteros de valor negativo! Asi los elementos son todos los números enteros desde -infinito, pasando por el "0" hacia aquellos infinitos positivos. Todos estos números enteros forman un conjunto siendo esto la estructura que impone un mímimo de limitaciones para que algo sea elemento de este conjunto, solo debe ser entero y entre -infinito y +infinito. Si ahora le agregamos propiedades a las características de estos elementos, entonces el número de elementos de ese nuevo conjunto podría ser mas limitado. todos quizá recuerden algo de las matemáticas en el colegio, donde se hablaba de la conmutatividad, etcétera. Bien, si los elementos de un conjunto cumplen con ciertas propiedades, entonces estos aspectos adicionales definen diversos tipos de estructuras algebraicas. existe un curso en español de puerto rico que presenta esto de forma muy atractiva, al momento no encuentro el enlace. Así pudiendo asignar a un objeto las características de cierta estructura algebraica, para lo que existen axiomas, reglas, que dependiendo de cuales de ellas algo cumple permiten saber inmediatamente que comportamiento matemático es aplicable a ese conjunto. Eso facilita muchísimo el saber que ciertas manipulaciones dan como resultado algo con ciertas propiedades, cosa que no es implícita y que requeriría ser demostrado cada vez y para cada caso, lo que resulta altamente ineficiente.

Finalmente las estructuras topológicas y en ese contexto el concepto de las variedades, de las cuales también existen los mas diversos tipos. Me encontré con el concepto de las topologías, de las variedades durante el ver y escuchar 2 lecturas introductorias de un profesor de física teórica en un curso sobre mecánica teórica. Ya voy a hablar sobre esto, pero me gustaría indicar y presentar el porqué esto me atrajo y me fascinó!

Y volvemos al modelismo naval y a mi proyecto del sistema de control de escotas. escribí y traté de presentar el rol de las matemáticas. pero indudablemente todos sabemos que nuestros modelos navales navigables se moverán en un entorno físico y que ese entorno físico está sometido a las leyes de la física. Así un modelo de mi sistema de control de escotas está sometido a los efectos físicos de las mas diversas clases. Por una lado a la interacción con el entorno físico de obedece las leyes definidas por Newton, sabemos que el viento y las aguas obedecen adicionalmente a las leyes descritas en las teorías del flujo de corrientes y de la termodinámica, a las leyes sobre oscilaciones, sean estas físicas como son las olas y la oscilación resultante por ejemplo del palo de la vela, pero también de las leyes de la electricidad, del magnetismo y del electromagnetismo, dando como ejemplo las componentes de resistencia originada por cargas electrostáticas entre la escota y el tubo dentro del cual se mueve. Si nos metemos en esto ciertamente desarrollamos curiosidad por tratar de comprender un poco la teoría de la relatividad y de la física cuántica, del bigbang y la cosmología. Muy pronto en esos casos nos volvemos a sentir analfabetos a pesar de nuestros primeros esfuerzos en adquirir conocimientos matemáticos. pero empesamos a tener una noción de que nos falta y por que camino podemos dejar de ser analfabetos, si Dios nos da el tiempo para estudiar, si evitamos dejarnos intimidar por las materias y desafortunadamente también por nuestras limitaciones intelectuales. Por el potencial que esto última resulte ofensivo a alguno de los lectores, yo estoy convencido que dependiendo de como Dios nos ha surtido de habilidades todos en cierto momento tocaremos los límites de hasta donde podemos llegar. Pero los muchos documentales que se ven en televisión deberían ayudarnos a ver que aunque quizá no tengamos la habilidad de movernos de forma científica en estos campos si podemos lograr nociones mas educadas cuanto mas vayamos avanzando. Yo por ejemplo tengo que confesar que los daños de mi cerebro por los paros cardiacos me limitan en avanzar al paso que desearía y que al momento estoy aún trabajando por poner mis estudios de Cálculo en una base amplia y que los avances son mucho mas limitados de lo que esperaba. pero con el cerebro es como con las musculatura. Cuando mas la ejercitamos, mas se desarrolla y adquiere la capacidad de reorganizarse para reparar daños. No es eso solo justificación suficiente para no dejarse intimidar y avanzar al paso propio mas adecuada para cada uno de nosotros?

Pero volvamos a lo de las estructuras topológicas. en esas 2 lecturas de introducción al curso de física teórica de la mecánica clásica, verdad que suena horrible y complicado? Pues todo lo que dice ese título largo es que se trata de ver la mecánica desde un punto de vista teórico. Pues bien, como en cada celular tenemos componentes electrónicas donde entran en efecto aspectos cuánticos y como esos mismos celulares tienen frecuentemente el GPS para dar información sobre la posición actual del celular, esto está sujeto a las leyes relativistas. Por lo tanto hoy en día una introducción a la física tiene que tocar los campos cuánticos y relativistas. Pues bien ese professor presentando los objetivos del curso cuenta que describiendo los campos de física del curso iba a usar estructuras topológicas y dentro de ellas diversos tipos de variedades y que de tal modo fuera de los campos tradicionales de la física mecánica, la física cuántica, la física relativista general y especial y lo descrito sobre las oscilaciones en las ecuaciones de "Schrödinger", metodología usada para describir por ejemplo el comportamiento de los electrones en sus "posiciones" alrededor del núcleo atómico, recuerden que por que allí propiedades del electrón como partícula y como onda con propiedades estadísticas lo hacen algo muy difícil de comprender. recuerden el experimento sobre el famoso gato de "Schrödinger" en una caja cerrada y donde un veneno que lo mata instantáneamente cuando un átomo radiactivo emana su radiación. ese gato esta vivo y muerto al mismo tiempo en relación a la probabilidad que tal átomo emane su radiación. Recién al momento de abrir la caja una de las 2 situaciones posible se define a razón del observador, el gato está o muerto o vivo. Pues bien ese professor dice que avanzando por su curso y describiendo la física usando la metodología moderna de las estructuras topológicas y de las diversas variedades, el entender y explicar de estos conceptos avanzados resulta sencillo! Claro que esto me puso curioso. así me encontré que en la carrera para el bachelor de matemáticas de la LMU, una de las dos universidades de Munich, los cursos incluyen el aprendizaje de tales técnicas matemáticas.

Así pues paralelo al estudio de los cursos relacionados a los bachelor de matemáticas de esas 2 universidades muniquesas, como todas las universidades alemanas el estudiar es gratuito, tambien estudio cursos de las carreras de física. Una ventaja que resulta de ello es, que lo que se aprende en los cursos de matemáticas se aplica a la física, esperándome yo de así profundizar mi dominio de las matemáticas.

Los sistemas de control de mi sistema de control de escotas son la aplicación de conocimientos que se instruyen en la carrera de electrónica. Afortunadamente allí se reconocen los estudios de los cursos correspondientes de las carreras de matemáticas y de física, lo que limita el número de cursos requerido para el título académico del bachelor de electrónica. pero, como también como parte de mi uso de la electrónica en el modelismo naval en general y en el proyecto del Carina en especial hago uso intenso no solo de microcontroladores, sino también de electrónica análoga y digital estos campos también son de gran interés para mi proyecto del Carina y para ello tengo mi nuevo y flamante laboratorio electrónico! Lo malo es que los cursos que realmente necesito de la tecnología de control son parte del master de electrónica y que es pre requisito el tener el bachelor.

Así he llegado a la conclusión que en lo que me queda de tiempo de vida y de agilidad mental no completaré estos estudios. Pero como el estudiar y el aplicar estos conocimientos en mi proyecto del velero Carina y en hacer los experimentos y las simulaciones son una actividad que me atrae mucho y que me conforta de manera muy grande. Compartiendo esto en hilos como este quizá dejen una huella de la cual alguno se pueda beneficiar. pero el solo escribir y explicar los temas en hilos como este me ayudan a profundizar mis reflexiones y así, aunque sean muy pocos, quizá ninguno que lo lea, me resulta un beneficio!

[Hellmut1956]

Diablos, cuanto tiempo ha pasado! A pesar de mis problemas de salud y al tiempo para combatir las consecuencias de mis problemas de salud, sigo mis actividades en este campo! El iniciar mis esfuerzos en aplicar la técnica de diseño por modelación ha sido un punto inicial para una multitud de actividades!
Por un lado, reconociendo que los conocimientos en matemáticas y física durante mi bachillerato y el estudio de ingeniería mecánica en una universidad alemana han erosionado dramáticamente en esas 4 décadas que pasaron. Así empecé por estudiar el curso de cálcula de la universidad MIT de Boston, que ofrece las lecturas del profesor, los cursos de asignaciones como vídeos, con el contenido en escrito, frecuentemente en varias lenguas y el acceso al libro para los estudios de forma gratuita. La MIT ofrece lo que se llama cursos masivos abiertos y gratuitos, MOOC. Lo encuentran usando Google "MIT OCW". Esos 2 cursos, cálculo de una y de varias variables, te da un repertorio de herramientas matemáticas claves para estar preparado para los cursos de "Análisis" y de "Algebra Lineal". ya con eso se tienen los conocimientos para enfrentar el 99% de los retos matemáticos que se presentan en el aplicar de la tecnología de diseño por modelación! Pero realmente no mas el conscientizar lo que esas herramientas hacen, ya sirve para combatir el ser intimidado por las matemáticas en las 3 especializaciones que cuentan su aplicación a la labor, matemáticas, física y electrónica! Lo que estoy haciendo actualmente es el aprender a usar el software "Mathematica" de Wolfram Software para no tener que ser perito en aplicar las técnicas matemáticas. Mathematica tiene algo que se llama "solver" o traducido literalmente "herramienta para resolver". Basta teniendo una "noción" de que herramientas matemáticas existen y cual de ellas pudiera ser adecuada para describir el comportamiento de algo que trato de modelar, Mathematica me ofrece las herramientas para resolver ecuaciones.
Cuando se desarrollan "modelos" de algo, por ejemplo el sistema de poleas que son parte de como la escota es "manejada en la cubierta del velero "Endeavour":



Entonces la labor consiste de mínimo 2 partes:

1. Hay que modelar las poleas!

Para ello hay que buscar que descripciones matemáticas existen que se puedan aplicar para modelar las poleas! Para decidir eso hay que identificar que aspectos de las poleas son relevantes para lo que quiero que el modelo me describa!

Aquí las reacciones de "expertos del modelismo naval" que se encuentran en los diversos foros de modelismo naval donde presenté mis preguntas, y de los "expertos de física", igualmente accesibles por foros de física! No implico nada negativo al hablar de expertos, lo son y me han contribuido, en parte con mucha emocionalidad, mucho para identificar que "pregunta" mi modelo debe "contestar"! Resalto las palabras "pregunta" y "contestación" pues realmente representan el objetivo de aplicar la técnica de diseño por modelación. Los expertos del modelismo naval claman que mi objetivo de realizar el control de escotas usando la misma técnica de la foto arriba no funciona, pues las fricciones entre la escota y los discos es tal que solo vientos fuentes pueden mover la vela rindiendo el modelo incontrolable! Los expertos físicos a su vez cuestionan la fricción totalmente, pues entre la escota y los discos no hay mas fricción que aquel entre el eje de cada disco y el disco mismo! Como los discos usan "rodamiento a bolas", la fricción es totalmente negable, irrelevante! Contacté una persona del instituto de física de la universidad técnica de Munich, le presenté los 2 puntos de vista y le pregunté cual sería su opinión! La respuesta fue que los físicos tienden a idealizar el mundo físico y que por lo tanto el punto de vista de los expertos del modelismo naval tienen una buena chance de estar correctos!

Pues bien, mi pregunta al modelo a generar con la técnica del diseño por modelación la formulé así:

Que fuerza de tiro tiene que ejercer la vela mayor mínimo para igualar las fricciones a las cuales la escota está sometida?

El tomar la labor de esta modelación requiere identificar de como el sistema de control de escotas tiene que ser subdividido para que consista de una serie de contribuciones de fricción!

Si miramos con detalle la foto, creo que es evidente que el modelar un disco individual es el primer paso!



En este gráfico se muestran las fuerzas para calcular la fricción de la escota en situación de equilibrio. Los discos no giran cuando la fuerza de tiro, en mi caso la vela mayor tirando de la escota cuando la vela mayor se quiere abrir es igual a la suma de la fuerza requerida para evitar que la vela se abra mas la fuerza de la fricción en esa misma dirección, aquí ΔF.



Este gráfico lo hice para, de forma sistemática, mostrarme como las poleas y los discos que conforman el control de la escota para la vela mayor y de done se pueden definir los ángulos y las direcciones de las fuerzas. Si ahora se hace el siguiente ejercicio mental tratando de visualizarse de como cambias los ángulos de cada disco de las poleas cuando la vela mayor se mueve entre las posiciones perpendiculares al eje central del casco, entonces me puedo imaginar que movimientos el modelo de estas poleas va a simular.

Hay puntos adicionales en el diseño de los bloques a considerar. Por un lado el impacto del giro de la vela por el eje vertical, el mástil. La escota no debe en ningún momento tocar las superficies laterales de los bloques. esto causaría fricciones muy importantes. Pero también vale establecer que diámetros los discos individuales deben tener para resultar en el mínimo valor de las fricciones resultantes!

Como pueden imaginarse las relaciones de las componentes de estas poleas en todo el campo de posiciones variables resultantes del giro de la vela mayor por el eje vertical, el mástil es una materia, donde yo asumo la posición que solo su modelación dará resultados que permitan un diseño lo mas óptimo posible.

El analizar los elementos y en el futuro el analizar estas cuestiones en simulaciones, por derecho propio me fascinan, justificándome el hacer estos esfuerzos!

Pero cada modelo solo es tan bueno como su comportamiento equivalga al comportamiento real físico! Para ello existen 2 metodologías, HiL y SiL, "Hardware-in-the-Loop" y "Software-in-the-Loop". Aquí se registran los datos reales creados en experimentos apropiados y se comparan con aquellos datos que la simulación con el modelo genera! Y allí viene un importante rol de la herramienta "Mathematica". Allí existen funciones que permiten crear ecuaciones cuyos resultados sean tales que los errores entre los datos generados en experimentos con SiL y HiL y el de los modelos sea menor que un valor que se puede definir. Esta técnica matemática se utiliza para generar funciones matemáticas que generen las ecuaciones apropiadas, cuando no es posible generar una función adecuada!

[Hellmut1956]

Lo presentado en mi contribución anterior tiene la intención de presentar de forma muy general el camino y la meta que quiero alcanzar y que usaré para diseñar "mi sistema de control de escotas"!

Ahora resulta, que cuando había alcanzado lo presentado arriba, herramientas para realizar los modelos y los cálculos y combinar todo ello con SiL y HiL eran prohibitivamente caras. Matlab y Simulink de Mathworks entonces no vendían licencias personales para uso no comercial. Maple y MapleSim era el otro par de herramientas con el mismo problema, en especial porque me niego a usar software ilegal! Resulta que en los recientes años ambas empresan an generado y ofrecen ese tipo de licencias a precios módicos!

Yo por esas razones económicas me decidí por usar software de la empresa Wolfram Software, Mathematica y SystemModeler. La empresa aún está trabajando por alcanzar el nivel de apoyo que las 2 soluciones alternas ofrecen, pero va avanzando por un camino rápido e interesante.

Yo me compré una licencia personal de Matematica 10 y empecé a estudiar el lenguaje de modelación que es usado por SystemModeler, es "Modelica". Informaciones referentes se pueden encontrar en "Openmodelica.org". este lenguaje de modelación "Modelica" usa un concepto muy diferente de Matlab y mas similar a lo disponible en Maple. El lenguaje Modelica usa lo que se llaman objetos "acausales". Objetos modelados de forma "causal" se caracterizan por estar sujetos a una dirección. Me explico con un ejemplo sencillo:

Un motor DC es una componente que si a la entrada le aplico una tensión, entonces de forma causal genera un torque en su eje como resultado. Si ese mismo motor DC le aplico un torque a su eje como entrada, entonces como resultado generará una tensión. Tipico para un generador eléctrico! Si genero un modelo del primer ejemplo usando modelos causales, entonces ese modelo no es utilizable para el segundo ejemplo, donde el motor DC se vuelve generador! A eso se refiere el término causal! Un modelo diferente es requerido para los 2 ejemplos.

Un modelo "acausal" no tiene problemas para ser usado en ambos ejemplos! Así, volviendo al punto inicial, mi sistema de control de escotas tiene una dirección para cuando la vela mayor tira de la escota y otra dirección opuesta a la primera, cuando el motor de paso, en su función de "winche" en mi modelo Carina del velero, tira de la escota o para no permitir que la vela se abra mas o para reducir el ángulo entre el palo de la vela mayor y el eje central del casco! Evidentemente la modelación generando modelos acausales tiene su utilidad para mis objetivos! Así la limitación económica me llevo a un buen camino para alcanzar mis objetivos!

Pero lo interesante de las cosas que he encontrado en el curso de mis investigaciones y estudios son aspectos adicionales! Resulta, que buscando tutoriales en YouTube para aprender el lenguaje de modelación "Modelica" me encontré con las clases de un profesor universitario de la universidad de "Winthertur, Suiza"! Este profesor enseña a sus estudiantes física aplicando una metodología didáctica llamada "Curso de Física de Karlsruhe", aquí el enlace a las páginas en Español". Esta didáctica desarrollada también en la universidad de Karlsruhe, Alemania, instituto de didáctica, usa una metodología muy propia para aprender los temas que conforman un curso de física de los primeros 2 años. Y este profesor de Winthertur, Suiza, usando esta metodología enseña la materia de física usando la modelación de los conceptos físicos presentados usando el lenguaje de modelación Modelica y usando la herramienta gratis disponible en Dassault, Dymola. También aquí existe la información en español y doy el enlace.

Verdad, que para los objetivos de mis estudios el existir la combinación de la física y del lenguaje de modelación Modelica es perfecto para mis objetivos: El modelar mi sistema físico de "mi sistema de control de escotas"! Debido a mis problemas de salud, este año ya he estado 2 veces en el hospital y esto ha ocurrido en cada uno de los últimos años, soy incapaz de concentrarme por un tiempo prolongado a un tema, estoy limitado de cuanto tiempo puedo estar concentrado en algo y hay tiempos donde soy incapaz del todo. En estas últimas 2 semanas no he sido capaz de seguir mis estudios, cosa que me molesta muchísimo. Saltando entre dormir, jugar juegos frente al ordenador y el escribir en los foros estoy trabajando por sobreponerme al problema. Es triste porque actualmente los trabajos preparativos para empezar a hacer experimentos han llegado y casi al punto para empezar! Pero se, que si desisto en esforzarme a seguir mis estudios y mis experimentos probablemente muy pronto no sería capaz de hacer cosa adicionales! No escribo esta en busca de compasión! Es al revés, quiero demostrar que importante es el trabajar por mantenerse activo, interesado y satisfecho a quienes como yo, en el modelismo naval el promedio de edad es bastante alto, sufren sus problemas! esta mi afición y mis actividades entorno a ello me han mantenido positivo, curioso y deseoso de seguir. Pero la cuenta, o como decía mi para, la dolorosa, es que estoy muy consciente que llegará el tiempo que no pueda seguir antes de completar y que así en cada uno de los múltiples temas avanzo mucho mas lento de lo que desearía! Pero sigo con el tema!

Mi objetivo por lo tanto es que datos que sensores en mis experimentos generan, deben ser asociados a estructuras de datos de Mathematica para pode aplicar las funciones de Mathematica a ellos. Lo que presente con los términos HiL y SiL. Resulta que Wolfram Software ha hecho disponible de forma gratis y legal su software Mathematica 10, Wolfram Language y otros para su ejecución en las placas "RaspBerry Pi"! También SystemModeler ha publicado como usando un protocolo "firmata" puede comunicarse con electrónica fisica. Teensy3.1, hoy Teensy 3.2 y recientemente también las placas de Arduino ofrecen la disponibilidad del protocolo firmata para la comunicación entre SytemModeler y sistemas electrónicos. Así las herramientas por las cuales me he decidido usar para mi proyecto de diseño por modelación son capaces de comunicarse con placas electrónicas y los sensores usados allí permitiendo asociar datos provenientes de sensores físicos al modelo y a las funciones simbólicas de Mathematica.

Esto ha hecho necesario estudiar lo relacionado a las placas electrónicas y en especial las placas RaspBerry Pi. esto significa que me he metido en el estudio a fondo del sistema operacional Linux y de la comunicación entre las placas Raspi y los entornos de desarrollo de software, llamados IDE. Resultó que esto al empezar mis experimentos que muy pronto resultaron en la posibilidad de controlar las placas Raspi desde mi ordenador usando Windows 7 Ultimate. Que consté que soy muy consciente de los peligros que resultan de ataques des el Internet y que por lo tanto mi Windows siempre está al dia en sus actualizaciones y que uso las mejores herramientas de protección posibles.

Resulta que llegue a controlar mis placas Raspi, una RaspBerry Pi B+, una RaspBerry Pi 2 y una RaspBerry Pi 3 desde mi ordenador. Una ventana en Windows reflejaba el escritorio del os Raspbian en una placa Raspi, pudiendo usar el teclado y el ratón de mi ordenador con Windows como si estuvieran directamente conectadas a la placa Raspi. La comunicación entre las placas Raspi y mi ordenador era por WiFi. Imaginense lo que esto significa para nuestra afición! Una placa RaspBerry Pi ZERO que se consigue por 5 USDs montada en el modelo y accesible por WiFi desde la orilla del lago! pero también con las placas Arduino me he comprado una placa Arduino UNO de la China, un clon por unos 3 Euros inclusive el flete y esta funciona igual de bien y se ve hecha de forma muy profesional. las placas Arduino tradicionales no son mas que mis grandes amigos, los controladores AVR y no los PIC. Pero hoy PIC ha comprado AVR! Aquí un gráfico que muestra como estoy realizando mi diseño de mi laboratorio electrónico:



Este gráfico que representa mi objetivo de como realizar mi laboratorio electrónico es aplicable a la estructura en un modelo naval! En el gráfico yo sos el usuario sentado frente a su ordenador en la esquina derecha abajo! Un servidor, que actualmente es mi ordenador representa el servidor. El servidor por un lado está comunicado con el Internet por cable o WiFi y por otro lado, haciendo mis experimentos y desarrollando mis programas las placas de los experimentos se comunican por WiFi por el servidor a mi ordenador! la placa raspi entonces funciona como central para las placas LPCXpresso, y/o las placas Arduino que a su vez controlan los sensores y/o los actores, aquí un motor de paso que es controlado por un kit de evaluación de la empresa Trinamic. ese kit es una solución muchísimo mas avanzada que la placa "stepRocker" que usé en mis experimentos con motores de paso y accesibles via mi hilo del tutorial de motores de paso avanzado!

Pues bien registré esas placas Raspi en un sitio DNS gratis. esto permite encontrar y acceder estas placas desde el Internet usando un nombre y no el numeral de una dirección IP versión 4 o 6! Pues bien, apezar de que usaba ssh, secure shell, como protocolo de comunicación con las placas Raspi algún atacante del Internet pudo penetrar mi ordenador Windows 7 Ultimate bien protegido rindiendolo inoperable! Esto me ha frenado de volver al punto ya alcanzado con mis experimentos con las placas Raspi y el motor de paso. Primero quier estudiar a fondo de como establecer mis canales de comunicación para lograr una vulnerabilidad lo mas bajo posible! Mi ordenado lo pude recuperar actualizando Windows a la versión 10. No había hecho la actualización por temor de tener que reinstalar to en mi odernado y de perder muchos de los datos que tendo grabado en mis disco duro RAID10, que consta de 4 discos duros de 1 TByte cada uno! Pero actualizando los drivers logré derrumbar mi Windows 10, cosa que aproveche para instalar el os Ubuntu 16.04 TLS, un Linux y establecer mi entorno también allí. Finalmente pude recuperar mi ordenados con Windows10 accediendo el RAID desde el entorno de Ubuntu!

Y siguen mas desarrollos que impactan las posibilidades para nuestra afición naval! El Internet de las cosas, en breve IoT y sus equivalentes industriales, IIoT y Industry 4.0, están moviendo las tecnologías relacionadas a pasos gigantescos! Pero también el aspecto de la vulnerabilidad de esas cosa a ataques desde el Internet, recientemente resultaron causando graves consecuencias en los USA! Atacantes usaron cientos de millones de sistemas IoT e IIoT para generar ataques a la infraestructura informática de los USA. Ahora la revolución tecnológica de los IoT nos llevara en pocos años a existir miles de millones de millones de sistemas conectados al Internet. Tales sistemas, llamados sistemas embebidos y nuestra electrónica en el modelismo radio controlado puede ser un IoT y definitivamente son sistemas embebidos, tienen pocos recursos en su hardware y su software para protegerse de tales ataques. Así resulta que el IoT requiere de una tecnología que haga el esfuerzo requerido por alguien que quiere penetrar y mal usar tales sistemas tan grande que no sea justificable en la gran mayoría de los casos. Una de las tecnologías claves para lograr reducir la vulnerabilidad de sistemas embebidos conectados a la red es la virtualización. La empresa ARM por ejemplo ha realizado algo que llama "TrustedZone". Intel y AMD tienen en sus procesadores funciones realizadas en Hardware para realizar tales virtualizaciones de la forma mas segura y eficiente posible. Resulta que aquellos que mantienen cantidades de servidores establecidos en grandes centrales de cómputo ya usan estas tecnologías desde hace años para aislar el entorno de cada usuario que se arrienda un servidor Web, o de email o de servidor genérico. El objetivo alcanzado es el no tener que tener un servidor para cada cliente, sino que cada cliente resibe un entorno virtual en el centro de cómputo, tal que cada servidor piensa que tiene su propio servidor físico. Una ventaja adicional es, que el operador del centro de cómputo puede mover el servidor virtual a otro servidor físico en el mismo centro o en otra parte del mundo sin que el usuario que está usando el servidor virtual note que físicamente su entorno a sido movido a otra parte del mundo. Pues bien, estas técnicas ya bastante maduras operan en servidores de alta potencia y por lo tanto los recursos de computación y de memoria son amplios. En sistemas embebidos como aquellos que usamos en la electrónica en el modelismo naval, avr y/o pic, los recursos son muy escasos. así el proveedor del controlador tiene que realizar un controlador que tenga integrado en su hardware la infraestructura requerida para que el sistema embebido pueda ser operado teniendo un sistema virtual. Al momento solo he identificado un producto de antes Freescale, hoy también NXP, el i.MX8 que será disponible en 2017 que implementa de forma sofisticada la infraestructura de virtualización en un sistema embebido! En una semana aquí en Munich abre la feria mas grande del mundo en electrónica, la "electronica 2016", donde este tema de la virtualización en sistemas embebidos jugará un gran rol a razón del IoT y del IIoT e Industria 4.0. ya estoy ansioso de encontrar allí a los pocos especialistas para la virtualización en sistemas embebidos y quizá recibir algún kit de evaluación gratis! También este círculo de temas de protección, de seguridad es fascinante por propio derecho. Sin mi proyecto de Carina y de seguirlo a mi manera, ataques personales por individuos aquí en el foro por eso, no supiera de todas estas cosas y no estaría preparado para captar los temas.

Existe un tema mas relacionado al tema de este hilo y es el de la inteligencia artificial! No me gusta usar el término de inteligencia artificial por crear demasiadas asociaciones con formas de tratar el tema en la ciencia ficción y en el cine! Mas gusto de usar el término inglés del "deep learning" y de las redes neuronales. También con estos tópicos me encontré durante mis extensas investigaciones! Resulta que a diferencia de lo que muchas usuarios piensan, el Internet no es gratuito! Un reporte que leí hace algún tiempo dice que en promedio el usuario gringo del Internet crea ingresos de unos 47 USD por mes por usuario a empresas como FaceBook, Google y similares. Así pagamos el Internet dando nuestros datos personales a estas empresas. estas empresas aplican las tecnologías de análisis y aprendizaje a los datos personales hechos disponibles por usuarios mejorando cada vez mas el valor de los resultados de tales análisis para clientes que pogan por estos resultados. Viendo que esas mismas empresas son las mas cotizadas en el mundo bursátil el reciente comentario de un usuario en un foro dedicado al tema del "deep learning" hablaba de los altruistas de empresas como Google y similares que hacen disponibles de forma gratuita las herramientas que usan y dan acceso a bases de datos a los cuales se pueden aplicar estas herramientas! Resulta que estas empresas son nada menos que altruistas. La comercialización de los resultados de los análisis de los datos suministrados por usuarios no conscientes de ello es como el derecho a imprimir dinero! Resulta que aún pagando altísimos salarios a aquellos que saben como usar las herramientas, no consiguen mas especialistas. Cuando mas especialistas mas resultados de análisis de los datos personales suministrados por los usuarios mas beneficios económicos para esas empresas! Así, haciendo disponibles de forma gratis y legal las herramientas y dando acceso a datos logran activar la comunidad de desarrolladores "open source" y así acelerando el desarrollo de estas tecnologías. En Asia el promedio de beneficios por usuarios es de menos de 5 USD por mes y usuario. Que potencial para mas ganancias!

[mazdero]

Enhorabuena Hellmut1956 por tu exposición y por tener el coraje de volver a enfrentarte a toda la base de matemáticas, electrónica y automática que requiere tu proyecto. Sé bien lo que digo porque terminé mis estudios universitarios hace treinta y tantos años y aunque no he perdido el contacto con las matemáticas o la física, reconozco que enfrentarme a estudiarlo nuevamente a fondo sería un desafio para el que no sé si tendría tiempo y agilidad mental.

Espero que lleves a cabo esa automatización de tu velero y disfrutes navegando en él.

Saludos.

[Hellmut1956]

@mazdero: Gracias por tu respuesta. Representa un reto, pero como he escrito antes en otras partes. El camino es mi objetivo! te cuento que hasta en las matemáticas están teniendo lugar grandes avances! No me refiero a la plétora de nuevos campos o de campos que hoy tienen otra importancia. Cuando yo estudie matemáticas como parte de mi estudio de ingeniería mecánica ni me encontré con lo que son cosas estructurales de la matemática. Existe un excelente curso en Coursera de la universidad de Stanford como MOOC gratis. "Introduction to Mathematical Thinking". Allí, no mas en el vídeo de introducción el profesor Dr. Keith Kevlin dice que las matemáticas son la ciencia de las estructuras! Cuando reconocí que mis conocimientos erosionaron de tal gigantesca forma empecé a investigar donde empezar. Me encontré conque ya mis conocimientos en Cálculo eran muy inseguros! Así y con una información de un profesor de la universidad técnica de Munich empecé a investigar de forma mas general en que consiste el objetivo de las matemáticas desde unas 4 décadas. Me encontré que yo, que me he decidido por refrescar y profundizar mis conocimientos de matemáticas, favorezco el partir de una base y de ir desarrollando mis conocimientos partiendo de un principio. Un profesor de la UCLA, Terence Tao, quien me fue recomendado por un profesor de matemáticas de la universidad de Tübingen y cuyos 2 libros, Análisis 1 y 2, parte del sistema de los números enteros. esos libros se pueden descargar gratis y legal del sitio de Internet personal del profesor Tao. El profesor de Munich me dijo que lo que se investigan son las estructuras! Resulta que un grupo, cuyos miembros franceses son anónimos, se puso el objetivo de describir todas las matemáticas partiendo de lo que Tao parte. Dizque esa metodología llega a limites donde no es posible captar todas las matemáticas.
Buscando e investigando cursos de mecánica clásica me encontré con un profesor de la universidad de Darmstadt, Dr. Schuller, que da un curso disponible en el Internet sobre física teórica de la mecánica clásica. En sus 2 clases de introducción presenta los objetivos del curso, que es todo aquello que clásicamente abarca el curso de física teórica para el Bachelor. Su metodología usa diversas estructuras topológicas y va así avanzando por todo su curso con cada vez con variedades topológicas mas específicas. Realmente esas 2 clases, me descargue el libro que usa para sus clases, “Gravitation”, me hizo evidente el tema de las estructuras en las matemáticas. No encuentro de donde lo descargue gratis y legal hace unos años.
Te doy este ejemplo no mas, para tratar de explicarte, que no mas el tema de las matemáticas se vuelve interesante. Yo me he convencido, que estaré tratando de avanzar en los objetivos que me pongo, pero estoy bastante seguro, que mucho antes de alcanzar los objetivos mi mente dejará de ser capaz de trabajar en estos objetivos. En las últimas 2 semanas, ya van a ser 3, mi salud no me ha habilitado a seguir ciertos estudios que estoy haciendo y tampoco a realizar experimentos que finalmente tengo todo preparado para ello. Eso me pone en riesgo de deprimirme, por lo que me dedico a escribir contribuciones en diversos foros. Estas cosas que voy escribiendo ya tienen la función de ponerme al día cuando vuelvo a dedicarme a un tema. Es como una extensión de mi memoria!
Así no creo que mi velero vaya a navegar algún día bajo mi control!

[Hellmut1956]

Aunque he tenido 2 estadías en el hospital y ahora tomo 13 tabletas diarias. Parece que muchos de los sistemas de control de mi cuerpo, presión arterial, azúcar y otros muchos requieren del apoyo de las medicinas para mantener esos valores dentro de los margenes requeridos!

En los estudios relacionados a mi proyecto, el impacto de los desarrollos técnicos del "Internet de las Cosas", IoT, el "Internet Industrial de las cosas, "IIoT", el reconocimiento que los tal llamados sistemas embebidos son sometidos a ataques desde el Internet, está impactando mis estudios y aprendizajes de forma masiva!

Cuando empecé a experimentar con las placas RaspBerry Pi y en el curso de estas actividades el hacerlas accesibles desde el Internet, sufrí un serio ataque que me rindió mi PC con Windows 7 Ultimate inoperable! Indio avisado no muere en guerra es un hablado que mi papa usaba y que de allí lo conozco!

Ejemplos a habido en el último año, donde tales sistemas conectados al Internet fueros usados de forma masiva para ataques del tipo DoS, "Denial of Service"! eso va desde el refrigerador conectado a la red, la máquina para hacer café y muchos otros! Recientemente mi hija mayor me mandó un enlace que narraba de que una empresa gringa que hace marcapasos los cuales son accesibles de forma remota desde el Internet descubrió que ataques habían sido efectuados. Como yo tengo un marcapasos de otra empresa, no me afecta aún, pero cuando en menos de 7 años mi marcapaso tiene que ser seemplazado, cuidaré que el que se vaya a usar sea de lo mas avanzado en materia de protección!

Cuando visité la feria de electrónica mas grande del mundo en Munich, "Electronica 2016", la gran mayoría de las personas que contacté no tenían idea de que demonios estaba hablando. Solo personas de 3 empresas lo sabían, pero veían esta funcionalidad limitada a aplicaciones sofisticadas por el costo que esto impone!

Pero después de la feria ha empezado una verdadera avalancha de publicaciones sobre este tema! Quiero resaltar 2 empresas en este campo, Intel y ARM!

Intel por sus experiencias en procesadores para servidores tiene una larga experiencia y muchos conocimientos sobre el tema. Sus actividades en dirección de los sistemas IoT, donde se esperan en solo 4 años billones de sistemas en el mercado, fluye estas experiencias en una estrategia propia para incluir estas funcionalidades en los controladores para sistemas embebidos.

ARM, recientemente comprada por una empresa financiera del Japón, y de cuya propiedad es la propiedad intelectual de los núcleos ARM, dominante en el mercado de los IoT entre muchos otros, tiene una estrategia que me parece trata los aspectos relevantes. Como es imposible mantenerse informado sobre todos los avances en el mercado, me he limitado a aquellos relacionados a la empresa ARM. El término clave aquí es lo que se llama "TrustedZone" o zona segura!

Antes de presentarles información mas detallada sobre esto quiero escribir sobre el tema muy relacionado a esto, el "workflow", el término usado para referirse al tema del flujo de trabajo! Si no estuviera tan empapado del tema no tendría idea a que se refiere el término de "flujo de trabajo"! El flujo de trabajo describe y trata el como proceder de forma sistemática a ejecutar acciones relacionadas para lograr cierta función!

En lo que quiero presentar aquí, es como trabajar en el sistema donde hago los trabajos relacionados a la programación, búsqueda de errores usando tests y posteriores experimentos a realizar!

El primer aspecto es el entorno dentro del cual se realiza el desarrollo. Quién a tenido experiencias en programas dentro del entorno de Windows y las herramientas de Microsoft sabe, que ciertas cosas solo funcionan usando determinadas versiones de las herramientas involucradas y que otras cosas requieren un entorno diferente. La solución para ello son las máquinas virtuales, "VM", las siglas para el término inglés de "Virtual Machine"! Existen diversos programas para crear estas VM. "VirtualBox" de Oracle, herramienta gratuita es una de ellas y por la cual me he decidido.

Buscando en el Internet en general y en YouTube específicamente me encontré con un tutorial que genera una VM, hace el entorno para desarrollar programas en Python. Tuve éxito en este paso pudiendo crear tal VM y ejecutar un programita en Python.

La tecnología de virtualización tiene como efecte colateral el aislar completamente la VM y el sistema dentro del cual se genera esta VM. Así cualquier ataque solo puede tener lugar durante el tiempo que la VM sea activa y las posibilidades de ataque, se denomina esto como "área de vulnerabilidad", se limitan al entorno virtual. Cerrando este todas las huellas de este ataque desaparecen, pues al crear otra VM igual a la anterior esta aparece en el mismo estado inicial!

Como lo había mencionado en el contexto de referirme a Intel, esta tecnología se ha usado desde década por los proveedores de servidores. Siendo estos todos virtuales, ningún cliente puede atacar o penetrar el VM de otro cliente. La aíslamiento es de muy alta calidad.

Hay 2 tecnologías de como prestar el servicio de las VMs. Se usa un programa que se llama "hipervisor" que existe en 2 tipos, lógicamente, tipo 1 y tipo 2"



El hipervisor es un programa que hace disponible de forma no real, así pues llamada virtual, los recursos físicos del ordenador como lo son la memoria, la funcionalidad del procesador o controlador, el acceso a la red, sea local o al Internet y otras muchas. En el caso del "hypervisor tipo 1", el hipervisor es ejecutado directamente sobre la hardware y el sistema operacional, sea Windows o Linux funciona como una aplicación sobre el hipervisor del tipo 1. Uno de los entornos con su sistema operacional, por lo general Linux, es lo que se denomina "Domain0" y su función se limita a administrar al hipervisor. Una de las tareas en generar entornos virtuales en los cuales entonces es instalado un sistema operacional, sea Windows a Linux y dentro del entorno este son ejecutados aplicaciones, tal cual lo conocemos de forma tradicional en los ordenadores. En controladores puede ser un programa que escribimos nosotros mismos, tal cual lo hacemos hoy en el modelismo naval al programar soluciones omo son las de sonido por ejemplo.

Cada uno de estos entornos activados/creados por el Domain0 es un ordenador propio que piensa que tiene todos los recursos físicos de la Hardware para sí solos! Estos entornos adicionales creados bajo el control del Domain0 se llaman DomainU, para dominio usuario.

Si usamos un entorno virtual en un controlador dentro de una de nuestras placas electrónicas, entonces este placa y su entorno limitan el área de vulnerabilidad por atacantes al entorno virtual y así es imposible, como me sucedió a mi, que algún atacante penetrara mi ordenador con Windows 7 Ultimate, siempre acutalizado y con todos los mecanismos de protección activos!

ARM ha presentado 2 diseños de núcleos que implementan los recursos físicos para hacer posible la implementación de la "TrustedZone" funcionalidad. Esta requiere de numerosos recursos usualmente no disponibles en sistemas embebidos.Doy un ejemplo:

En los sistemas operacionales usualmente existen 2 niveles de autorización. El del usuario normal y del usuario privilegiado, llamémosles "eo" y "e1". El sistema operacional en su núcleo opera dentro del entorno del "e1" que tiene acceso a todos los recursos físicos de la hardware y los usuarios y los programas de servicio operan en el nivel "e0". Así los usuarios no beberían ser capaces de impactar otras aplicaciones ejecutadas en mi sistema Windows, por ejemplo.

Los controladores nuevos de ARM, el ARM Cortex M23 y ARM Cortex M33, que tienen lo que se llama la architectura ARM-Mv8, tienen implementadas las funcionalidades de la TrustedZone que incluye la ejecución con el privilegio "e2". Tomando el gráfico arriba, el hypervisor ejecuta su funcionalidad en su núcleo con el privilegio "e2" y los sistemas operacionales de sus entornos virtuales usan en sus núcleos de la forma habitual el nivel de privilegio "e1". Así los sistemas operacionales funcionan de la forma habitual y el hypervisor se encarga ejecutando el nivel de privilegio "e2"

Con estos nuevos controladores del tipo ARM Cortex M23 que se espera reemplazará los controladores del tipo ARM Cortex M0 y M0+, el ARM Cortex M33 los controladores del tipo ARM Cortex M3 y M4. Empresas como Freescale, hoy NXP, hará públicos sus controladores del tipo i.MX8 que usan estos núcleos de ARM hacia fines del primer quartal del 2017. Usando estas nuevas implementaciones de controladores de los diversos proveedores de controladores a base de la architectura ARM de los nuevos núcleos de ARM e hipervisores correspondientes impactarán el como implementar placas electrónicas que tienen acceso al Internet.

Pero no para aquí lo nuevo que impacta mis objetivos de programar y experimentar de forma protegida para que nuevos atacantes no puedan impactar mi ordenador, que hoy usa el sistema operacional Windows 10 Pro. Existe otra tecnología que impacta el como se realizarán programas en un futuro y en parte ya hoy. Es la tecnología de los "contenedores" y allí del entorno predominante, llamado "Docker".



En esta imagen vemos a la izquierda como ejemplo de la virtualización un sistema usando un hipervisor del tipo 2 donde vemos que cada entorno virtual requiere de su propia copia del sistema operacional, por ejemplo Windows o Linux. A la derecha vemos que el entorno de containerización usa la herramienta "Docker" reemplazando el hipervisor, pero que cada entorno, aquí llamada contenedor, no requiere una copia del sistema operacional. Como bien se ve, este entorno usa de forma mucho mas eficiente los recursos físicos de la hardware y entre otras permite realizar funcionalidades de tiempo real. "Tiempo real" es el término que se usa para expresar que el tiempo de reacción de un programa a eventos es en extremo corto, determinístico, osea repetible.

Tendré que investigar cual os de tiempo real existe una implementación de Docker! Por ejemplo FreeRTOS es un tal os de tiempo real gratuito para controladores embebidos. Para placas del tipo RaspBerry Pi, que funcionan con el os Linux el uso de Docker es posible y lo investigaré.

Los entornos virtuales ofrecen un alto grado de aislamiento y por lo tanto un mínimo área de ataque. El aislamiento tiene lugar a nivel del entorno VM. Los contenedores creados por aplicaciones equivalentes a Docker carecen del tipo de aislamiento de los VMs. Aquí el aislamiento tiene lugar a nivel que se llama "proceso". Cada contenedor puede consistir de uno o mas procesos. Así la vulnerabilidad de soluciones containerizadas es muchísimo mayor que aquel de las VM!

La tecnología de los contenedores esta conceptualmente muy relacionada a soluciones del tipo "MicroServices". El concepto de los micro servicios proviene del intento de realizar una arquitectura informática que pueda ser inicialmente usada en sistemas locales y que puedan expandirse a corporaciones multinacionales por ejemplo! El término usado aquí es "scalability". En este concepto aplicaciones se realizan implementando una sola función llamada micro servicio. Todos los micro servicios intercambian datos de una forma común. Así cada micro servicio resulta encapsulado no propagando errores dentro de un micro servicio a otro. Toda interacción tiene lugar de la misma forma.

En la tecnología de los contenedores una función es encapsulado en un contenedor. cada contenedor contiene todo lo que requiere en su adentro. Así contenedores pueden ser ejecutados en los mas diversos entornos y con las mas diversas versiones de herramientas y sistemas operacionales. Así el contenedor acaba siendo un "Microservicio" que incluye todo lo que requiere para ser ejecutado e interacciona con otros contenedores de una forma igual. En el gráfico las funciones del entorno requeridas para el ejecutar un contenedor aparecen en bloques de color anaranjado y amarillo. Docker se encarga de asegurar la disponibilidad que cada contenedor requiere.

Como es evidente, la comunidad informática desea encontrar lo que se llama un entorno "híbrido"! Un entorno que combine los beneficios de las VM y de los contenedores.

Volviendo a cerrar el círculo sobre el impacto de todo esto en el modelismo naval:

La electrónica en el modelismo naval tiene el potencial de beneficiarse de la revolución que está teniendo lugar en nuestra civilización a razón de su digitalización, de la conexión de todo al Internet. Como ya hoy hay millones de equipos IoT en manos de la industria y de los consumidores que conforman a lo que caracteriza el IoT, su conexión al Internet. Tradicionalmente y seguro que aquellos tradicionales, modelistas navales por lo general tienen muchos años de experiencia, seguirán adeptos a seguir usando los radio controles tradicionales de la forma tradicional. Pero nuevos modelistas navales de la generación que vive y respira con sus "smart phones", con el uso de las redes sociales con el entorno digitalizado tendrán la tendencia de aplicar este tipo de entornos al modelismo naval.

Yo, hace ya bastantes años me posicioné muy claramente aquí en el foro como persona interesada en estudiar y aplicar nuevas tecnologías al modelismo naval, a concebir nuevos caminos para realizar funcionalidades en mi modelo del velero Carina. No me trajo amigos, causo muchos ataques muy personales y resulto en chismes que cursan alrededor de mi persona considerándome superior al modelista naval usual! Yo siempre he sido independiente en mi forma de pensar, claro en mi forma de expresarme y consecuente en perseguir mis objetivos! El resultado de esto no fue previsible de forma alguna y estoy orgulloso y curioso empapándome en estos temas. Pero siempre escribí: Por definición a razón de mis objetivos, nunca seré un experto y ni de lejos me aproximaré a la maestría que muchos modelistas navales demuestran en sus proyectos. Así antes me considero inferior a no solo los expertos y artistas en nuestra afición al modelismo naval, pues por definición nunca pararé de ser aprendiz!

Mi objetivo aún perseguido detrás de todas estas actividades es el comprobar por modelación la viabilidad de mi sistema de control de escotas para el modelo de mi velero Carina. Actualmente persigo el objetivo inminente de entender lo suficiente sobre los temas de virtualización y de containerización para definir un flujo de trabajo, workflow, que me permita hacer mis experimentos con las placas Raspberry Pi, Arduino, LPCXpresso y aquellas de Trinamic para el control de motores de paso y de AMS para los sensores magnéticos angulares. Tal cual voy podré empezar a efectuar estos experimentos de forma lo mas seguro posible o tarde en el 2017, o en el 2018.

Mi salud sigue siendo mi mayor enemigo en el camino a realizar mis objetivos!

[RRC]

Cuídate....

[Hellmut1956]

Gracias. 13 tabletas al día, tomarlas cada día a tiempo, poner las 13 tabletas en los receptáculos que tengo es ya un ejercicio pues requiere poner las tabletas de forma sistemática para no olvidar alguna o equivocarme en la medicación. Acabo de hacer una rama de investigaciones preventivas para reconocer si algo está en peligro.

[gerardo navarro]

Gracias. 13 tabletas al día, tomarlas cada día a tiempo, poner las 13 tabletas en los receptáculos que tengo es ya un ejercicio pues requiere poner las tabletas de forma sistemática para no olvidar alguna o equivocarme en la medicación. Acabo de hacer una rama de investigaciones preventivas para reconocer si algo está en peligro.

hola amigo, toma las cosas con calma, primero es la salud, asi que no te esfuerzes tanto y ve de poco a poco, acabo de entrar a tu post, mañana tendre tiempo para leer tu ultimo avance, estoy liado de tiempo, fuese un mentiroso si te dijera que lo lei lo ultimo que acabas de poner pues no he podido, pero lo hare este fin de semana, que te mejores amigo..

un abrazo...

[Hellmut1956]

Gracias Gerardo! Es mi curiosidad y mi fascinación por los temas que me da el amor por la vida, el optimismo y el ejercicio mental dizque ayuda a mantener la mente activa! Eso en compañía con el placer que me da mi familia y el amor que me regalan son la mayor motivación posible. Pero si es que el ser humano siempre aprende algo de sus experiencias. Demasiados de mis amigos de juventud ya han muerto, otros sufren del cáncer, pero también hay aquellos que aparentemente les va bien. Así sin perder el amor por la vida, la familia y mis aficiones, si me muero ojalá ocurra de forma similar a cuando tuve mis infartos cerebrales y mis varias oportunidades donde mi corazón hizo una pausa en su labor, entonces me presentaré a lo que viene después, agradecido por lo que viví en mis años aquí, por la maravillosa familia que tengo y los amigos. No tengo miedo cuando esto ocurra, lo que hace que la influencia de mi posible muerte no afecte mi vida cotidiana. Espero mas bien que cuando sea sepultado, aquellos presentes escuchen una canción de Colombia que voy a escoger. Ustedes en este foro, simplemente tomen un trago y ojalá me desean lo mejor para lo que viene! Que ojalá aún tarde años!

[gerardo navarro]

je je je asi es amigo a la muerte no hay que temerle y tampoco preocuparnos por la fecha, eso solo lo sabe el creador, y "Nadie es Eterno de Don Dario gomez, y un buen aguardiente je je je..

un abrazo y sigue aportándonos nuevos avances y deja de pensar en la muerte amigo que se que te faltan muchos pero muchos años para eso je je je.

[Hellmut1956]

Pues vea uno, acabo de regresar del hospital después de 5 días, mi tercer patatuz, el segundo que se dió como TIA! Pude aprovechar el tiempo en el hospital para seguir leyendo los libros sobre Docker y la containerización. Resulta que allí aparece como "workflow", flujo de trabajo, el crear una máquina virtual usando VirtualBox, instalar Docker y crear contenedores.



Así me beneficio de múltiples tecnologías de protección contra ataques desde el Internet. Mis primeros experimentos con las Placas RaspBerry Pi resultaron en ataques exitosos contra mi PC rindiendole inoperable. "Máquinas virtuales", en corto "VM", aíslan el PC del entorno en el cual hago los programas, ejecuto la comunicación entre el PC y las placas RaspBerry Pi. Así, si alguien logra penetrar mi PC en un ataque solo invade e infecta mi VM. Cerrando la máquina virtual y volviendo a arrancar esta misma, la VM vuelve a aparecer en el estado previo al ataque y con todos los archivos en su estado original.
La tecnología de los contenedores es una tecnología que solo ofrece un aislar de estos contenedores mucho menos efectiva que los VM! Pero en los contenedores se pueden establecer entornos a razón del uso de los parámetros disponibles y de la definición de las interacciones posibles entre contenedores en el mismo entorno de la VM que anda en el entorno del PC con Windows 10 Pro, entre contenedores en otros VMs en el PC y entre contenedores que están en las placas RaspBerry Pi, llamadas sistemas externos y ejecutadas en su propio VM local y el Docker en esa VM. Estos parámetros que se pueden establecer en los contenedores permiten implementar todas las funcionalidades que se definen de acuerdo a arquitecturas de seguridad en la vanguardia tecnológica.

Claro, para mi llegar a conocer lo que existe en estas materias, aprender lo suficiente para definir los parámetros de seguridad, implementarlos, representa para mi una tremenda labor. Pero una vez que se tiene una tabla que liste todos los aspectos y de como definir los parámetros, el volver a realizar la implementación del entorno que estaré usando para comunicarme entre el radio control y el modelo de mi velero Carina y los sistemas electrónicos que tengo como objetivo, serán reusables para mi y otros sin mayor problema y esfuerzo! En el gráfico que publique arriba la torre a la derecha, celeste, representa el entorno dentro del PC, la torre a la izquierda el entorno electrónico e informático en el modelo tomando aquí la placa RaspBerry Pi 3B como ejemplo. La torre mas bajita en el centro representa el entorno de comunicación entre las 2 torres y esta presentada en el gráfico como implementación de las tecnologías criptológicas aplicadas para evitar que atacantes puedan interceptar esta comunicación para invadir el modelo y/o mi PC. Aquí vale mencionar que mi concepto de una emisora de radiocontrol basa en utilizar una tableta que ofrezca comunicación de datos por telefonía, de WiFi y de Bluetooth. A ambos lados de la pantalla de la tableta pongo los sticks de control usuales en emisoras R/C! Allí también, todavía, tengo previsto poner los módulos Zeebit para comunicación a 2.4 GHz. Una tableta, que probablemente será una conteniendo un controlador i.MX8 de Freescale, hoy NXP, cuya capacidad de procesamiento fácilmente supera en ciertas funciones aquellas de un PC con Windows. Ejecutando Linux ofrecerá el escritorio usual de un GUI de PC con Linux, Poniendo VirtualBox hasta podría ejecutar Windows 10 en ella!

Son problemitas que actualmente representan el frente de trabajo en este proyecto:



Todavía no entiendo bien y me estoy bloqueando en configurar los switches virtuales dentro de mi Host Físico, el PC con Windows 10 Pro. El resultado es que una vez me resulta, otra no, el habilitar mi VM basada en el programa Hyper-V de Microsoft y con la versión de 64 bits de Ubuntu 16.04 TLS como os el conectar con el Internet. Uso Hyper-V de Microsoft y no VirtualBox de Oracle por este último no poder implementar Ubuntu en su versión de 64 bits. Con Hyper-V y las funcionalidades de Hyper-V en el BIOS y los procesadores de Intel puedo instalar Ubuntu 16.04 TLS dentro de la VM que ejecuta en el entorno de Windows 10 Pro. Una vez aprendido los asuntos sobre los switches que muestra el gráfico, instalaré Docker en Ubuntu y así tendré los contenedores dentro del VM.

El proyecto sigue siendo algo que me fascina y a la vez le hace bien a mi salud mental! Seguiré compartiendo los avances en este proyecto a aquellos que aún se molesten en leer esto!

[RRC]

me alegra mucho que hayas salido de este "patatuz". Mucho ánimo y adelante. Tus post sonde lo más interesantes. Cuídate hermano.

[Hellmut1956]

Gracias! Al momento estoy bastante mas mal, pero las ganas de seguir con mis estudios me hace volver a intentar a sobreponerme constantemente. Creo que es un problema que mi mente no recibe suficiente sangre. Pero trataré haciendo ejercicios volveré a revitalizar mi sistema circulatorio. Si no mejora hasta el próximo Lunes me iré a la ambulancia del centro cardíaco de la clínica universitaria, que es lo mejor que tenemos aquí!