UYAMAK, un software de acceso libre creado en la Universidad de Colima
Por Antonio Concha Sánchez*
Los sistemas físicos, como los circuitos eléctricos, mecánicos, biológicos, económicos, hidráulicos o térmicos, pueden representarse mediante modelos matemáticos, entre ellos se usan ecuaciones diferenciales, de diferencias, de estado o funciones de transferencia. La simulación numérica de estos modelos es fundamental para analizar el comportamiento de los sistemas antes de su construcción o puesta en marcha. Además, permite verificar si el diseño cumple con los requisitos especificados, minimizando errores costosos durante su implementación. También resulta útil para optimizar parámetros del sistema, mejorando su rendimiento y estabilidad. Este enfoque no solo ahorra recursos, sino que también reduce riesgos asociados con pruebas experimentales directas en sistemas reales.
La simulación numérica de los sistemas se puede realizar en programación de bajo nivel como lenguaje C u Octave, o mediante alto nivel por medio de diagramas de bloques, donde los bloques representan operaciones matemáticas, funciones lógicas, sistemas dinámicos, salidas, entradas, etc. La ventaja del uso de los diagramas de bloques con respecto a la programación de bajo nivel es que la persona usuaria puede concentrarse en el diseño del sistema en lugar de detalles de su implementación. Además, mediante el uso de diagramas de bloques se facilita la comprensión del flujo de señales y la interacción entre diferentes partes del sistema. Esto lo convierte en una herramienta valiosa tanto en el ámbito educativo como en la investigación.
Para la simulación de sistemas dinámicos mediante diagramas de bloques, el Doctor Suresh Kumar Gadi, profesor e investigador de la Facultad de Ingeniería, Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Coahuila y el autor de esta columna, hemos desarrollado un software de acceso libre llamado UYAMAK, cuya descripción se encuentra en el siguiente enlace: https://umk.skgadi.com/es-mx/. Este software tiene la ventaja de que se puede ejecutar en cualquier navegador digital como Google Chrome, Mozilla, etcétera, lo cual permite ser utilizado en cualquier sistema operativo. Asimismo, UYAMAK tiene una versión que se puede instalar en Windows. Es compatible con métodos de enseñanza tradicionales, online e híbridos y no requiere permisos administrativos, lo que reduce las barreras de acceso y facilita su adopción en diversos entornos educativos. Además, su portabilidad y accesibilidad lo convierten en una herramienta ideal para el aprendizaje móvil, permitiendo a las personas usuarias trabajar desde cualquier lugar. Las simulaciones con UYAMAK se pueden realizar directamente en su aplicación en línea siguiente: https://umk.skgadi.com/app/latest/.
UYAMAK es una herramienta muy útil para el estudiantado de bachillerato, licenciatura y posgrado, así como para investigadoras e investigadores, ya que permite resolver y verificar operaciones matemáticas como aritmética, álgebra booleana, trigonometría, números complejos, matrices, cálculo, estadística, ecuaciones diferenciales, de estado y en diferencias. Para resolver las ecuaciones diferenciales, el programa emplea el método de integración de Euler hacia adelante. Además, UYAMAK, tiene bloques que sirven como entradas de excitación a los sistemas, entre los que se encuentran señales constantes, rectangulares, sinusoidales, triangulares, rampa y ruido uniforme. Con UYAMAK, el cual ha sido utilizado por más de 100 personas, es posible monitorear la salida o señales del sistema por medio de osciloscopios y se pueden graficar los resultados en dos o en tres dimensiones. Más aún, con UYAMAK también se puede simular y visualizar el comportamiento de un robot manipulador de seis grados de libertad, al cual se le pueden aplicar las señales de entrada mencionadas anteriormente. Esta funcionalidad lo convierte en una herramienta versátil para la simulación de sistemas mecánicos y robóticos, un área clave en la ingeniería moderna.
UYAMAK ha sido empleado para la enseñanza de varias asignaturas impartidas en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad de Colima, entre las cuales destacan materias de licenciatura como teoría de control, ecuaciones diferenciales y mecatrónica. Asimismo, un servidor también ha utilizado este software en sus materias impartidas en posgrado, entre las que se encuentran: control aplicado, robótica, y modelado e identificación de sistemas, pertenecientes al plan de estudios de la Maestría en Ingeniería Aplicada de la Universidad de Colima. La flexibilidad del software lo hace adaptable a otras áreas de estudio, como procesamiento de señales, dinámica de fluidos o análisis estructural, abriendo nuevas posibilidades para su integración en currículos académicos. El desempeño de este software se ha evaluado por el estudiantado, quien ha destacado su intuitividad y facilidad de uso, así como su efectividad para visualizar y simular sistemas dinámicos. Las y los docentes también han señalado su capacidad para motivar al estudiantado al explorar conceptos abstractos de manera práctica.
Como trabajo futuro, se planea agregar otras funcionalidades a UYAMAK, incluida la integración numérica por medio de métodos adicionales para resolver ecuaciones diferenciales y el desarrollo de bibliotecas que permitan experimentos en tiempo real utilizando placas de control de bajo costo como Arduino, ESP32 o Raspberry Pi. Además, se planea incluir un módulo de análisis avanzado que permita a las personas usuarias evaluar parámetros como la estabilidad y la respuesta en frecuencia de los sistemas simulados.
Cabe destacar que los usuarios también han calificado al software como una herramienta muy útil para la enseñanza y el aprendizaje de modelos matemáticos, adaptable a diferentes modalidades educativas como clases presenciales, en línea o híbridas.
*Profesor e investigador de la Facultad de Ingeniería, Mecánica y Eléctrica de la Universidad de Colima
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