Emociones de ingeniería

Pasar de cabeza por encima del manillar en un sendero para bicicletas cuesta abajo asustaría a cualquiera. Pero para Anette Peko Hosoi, estrellar su bicicleta en el Highland Mountain Bike Park en Northfield, New Hampshire, también le dio un subidón de adrenalina y, en última instancia, un destello de conocimiento de la ingeniería: ¿qué se necesitaría para diseñar una bicicleta mejor?

Joshua Slocum ’10, MEng ’11, (izquierda) y Folkers Rojas ’08, SM ’11, (derecha) reciben una lección de kitesurf de un instructor en la playa de Kanaha en Maui.

En su primer viaje al parque, una estación de esquí reacondicionada que lleva a los ciclistas a una altura de 600 pies en telesilla hasta la cima, Hosoi, profesora de ingeniería mecánica del MIT, probó los senderos empinados con paredes de granito en una bicicleta de fondo, con un emocionante Resultados pobres.

Pasé por encima del manillar ocho veces ese día, recuerda. Y pensé: '¡Esto es lo más grande que he hecho! Imagínese si tuviera la bicicleta adecuada '.
Magullada y ensangrentada, se conectó en línea tan pronto como regresó a casa, en busca de una bicicleta de descenso. Lo que encontró fueron diseños que estaban en todo el mapa: amortiguadores, sistemas de suspensión delantera y mecanismos de dirección variaban de una bicicleta a otra, y no estaba claro cómo esas características afectaban el rendimiento.

En ese momento, Hosoi estaba impartiendo un curso de mecánica y materiales, y planteó el problema a sus alumnos, pidiéndoles que analizaran las cargas mecánicas bajo las cuales se deformaría una bicicleta. Mientras tanto, pasaba las tardes dibujando diagramas corporales libres, esbozos aproximados de las fuerzas que actúan sobre una bicicleta en diferentes escenarios.

En una conversación informal, Hosoi mencionaría sus diagramas a otros miembros de la facultad del MIT. Rápidamente descubrió que no era la única en busca de emociones fuertes del grupo.

Resulta que la mitad de nuestro cuerpo docente son fanáticos de los deportes en el armario, dice ella. Están haciendo estadísticas de béisbol, o corriendo triatlones, o están en la Fórmula Uno o navegando, y muchos de ellos están haciendo estos diagramas en su garaje los fines de semana.

Hosoi dejó en suspenso su proyecto de bicicletas para centrarse en un objetivo más amplio: vincular a esos ingenieros amantes del deporte para formar un centro para la investigación de tecnología deportiva. Ella imaginó un programa que empareja a los innovadores del MIT con empresas de artículos deportivos que buscan productos novedosos.

En el otoño de 2011, Hosoi y alrededor de 25 miembros de la facultad de varios departamentos crearon formalmente STE @ M (Tecnología y Educación Deportivas en MIT), un programa que conecta a estudiantes, profesores, socios de la industria y atletas para que puedan trabajar juntos en proyectos en la intersección de deportes e ingeniería. Estos proyectos, que pueden tomar la forma de una tesis de posgrado, una investigación de pregrado, una empresa paralela de un profesor o una tarea de clase, están desarrollando ideas como una aplicación para fútbol de fantasía que rastrea Twitter para actualizaciones en vivo, un modelo para analizar el rendimiento de la tabla de kitesurf, y un monoesquí más resistente y económico para esquiadores discapacitados.

Los proyectos también se basan en una amplia gama de disciplinas de ingeniería, dice Kim Blair, asesor de STE @ M y vicepresidente de la empresa de ingeniería de productos Cooper Perkins. Aerodinámica, factores humanos, termodinámica, transferencia de calor, podría seguir y seguir, dice.

Blair trabaja con estudiantes y empresas de artículos deportivos para plantear desafíos de ingeniería deportiva. Es un rol en el que se siente cómodo: en 1999 fundó un programa similar, Sports Innovation en MIT, que ahora está incorporando a STE @ M. Como ingeniero de investigación en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, dirigió el programa durante 14 años, tiempo durante el cual los estudiantes construyeron un aparato para medir el rendimiento de los bates y guantes de béisbol y desarrollaron un sistema de prueba de bicicletas preciso que incluye software y un soporte que minimiza la interferencia con el ciclista.

Uno de los proyectos que ganó más tracción fue un nuevo diseño para una zapatilla de triatlón. Blair, que ha competido en numerosos triatlones y carreras de Iron Man, descubrió que ninguna zapatilla del mercado satisfacía todas las necesidades de un triatleta. Los competidores deben cambiar rápidamente de zapatillas de ciclismo a zapatillas para correr, y también suelen hidratar más que los corredores de maratón, lo que aumenta la posibilidad de derramar agua durante una carrera. Una zapatilla para correr que sea fácil de poner y que minimice la acumulación de humedad le daría al triatleta esa ventaja adicional.

Blair buscó primero en el equipo de atletismo del MIT un estudiante interesado, y juntos, él y Chi-An Wang ’01 presentaron la idea a la empresa de calzado New Balance. Con el respaldo de la empresa, en 2001 el equipo ideó un prototipo de zapatilla de triatlón, que New Balance finalmente lanzó al mercado. Blair usó las zapatillas en competición durante tres temporadas antes de que la empresa dejara de fabricarlas.

Tuvo una carrera bastante significativa, recuerda. Y lo que sentimos que era realmente importante sobre este zapato es que decía que la empresa estaba dispuesta a probar algo nuevo.

Viento en sus velas
Esa voluntad de experimentar es una cualidad que Blair busca cuando se acerca a socios potenciales de STE @ M. Más recientemente, ayudó a facilitar una conexión con la empresa de actividades al aire libre Patagonia.

Tetsuya O’Hara, director de investigación y desarrollo avanzados en Patagonia, propuso realizar un taller de una semana para profesores y estudiantes del MIT en Maui, Hawaii, para aprender sobre tecnología eólica y experimentar los deportes de viento de primera mano. Si bien Patagonia fabrica principalmente ropa para actividades al aire libre, O'Hara dice que la compañía está fabricando una tabla de surf y otros productos relacionados con el surf.

O'Hara dice que el MIT puede ofrecer nuevas perspectivas a la Patagonia sobre tecnología deportiva. Los profesores y estudiantes de [STE @ M] entienden los deportes, por lo que tienen un ojo del usuario y podemos usar el mismo lenguaje que un deportista, dice.

No es de extrañar que Hosoi se viera inundado de solicitudes para unirse al viaje. Finalmente, redujo el campo a los solicitantes que demostraron dos cualidades: una cartera de ingeniería diversa y un amor por los deportes.

Estaba buscando una superposición de estas dos pasiones, dice. Conduciendo esa bicicleta cuesta abajo y pasando por encima del manillar, sabía exactamente lo que necesitaba. Entonces tienes que ser parte de esa cultura si quieres innovar dentro de esa cultura.

En enero de 2013, Hosoi se dirigió a Hawái con el profesor de ingeniería mecánica Alex Slocum ’82, SM ’83, PhD ’85 y 15 estudiantes, incluidos algunos atletas universitarios que tendrían que faltar al entrenamiento del equipo esa semana. Para obtener permiso para que pudieran hacer el viaje, Hosoi y Slocum llegaron a un acuerdo con el entrenador de atletismo del MIT: Slocum, un triatleta él mismo, prometió correr con los estudiantes a las 6 a.m.todos los días.

Una vez en Maui, el grupo pasó por los estudios de los windsurfistas profesionales Robby Naish y Francisco Goya, donde observaron el proceso de elaboración artesanal de las tablas de kitesurf. Para brindarles a los estudiantes algo de experiencia práctica, Patagonia organizó clases todas las mañanas en un deporte de viento como el surf, el remo, el kitesurf o el windsurf.

Algunos, como el estudiante graduado Pawel Zimoch, nunca antes habían participado en tales deportes. Zimoch se sintió particularmente atraído por el kitesurf, en el que un surfista, montado en una tabla mientras sostiene una cometa grande, atrapa una ráfaga de viento para elevarse hasta 40 pies sobre la superficie del agua. El kitesurf es un deporte relativamente nuevo, y los diseños tanto para la cometa como para la tabla han evolucionado rápidamente a medida que los participantes, haciendo pequeños ajustes en sus talleres, han ideado configuraciones que les permiten ir más rápido y más alto. Pero estas mejoras se han ralentizado en los últimos años.

Los entusiastas basaron sus innovaciones en su intuición y experiencias, dice Zimoch. En cierto punto ... lo que se vuelve importante es la comprensión de los principios físicos.

Como Hosoi había descubierto cuando estudiaba bicicletas de descenso, Zimoch se dio cuenta de que no estaba claro qué hacía que una tabla de kitesurf fuera mejor que otra. Después de regresar al continente, él y algunos otros estudiantes comenzaron a probar el rendimiento de las cometas en el túnel de viento del MIT. Aunque les resultó difícil obtener medidas significativas de la resistencia de una cometa en diversas condiciones, también esperan medir el rendimiento de las tablas en el tanque de remolque del MIT.

Zimoch también está desarrollando un modelo computacional básico que los diseñadores pueden usar para analizar cómo una cometa y una tabla, dadas ciertas dimensiones y características, volarán en diversas condiciones de viento. Él dice que el modelo puede ayudar a los diseñadores a crear tablas de kitesurf que se adapten mejor a los vientos bajos. Eso podría abrir el deporte a nuevas playas y ampliar el mercado más allá de los pocos lugares con los vientos fuertes y constantes que requiere el kitesurf en la actualidad.

Si bien comprender la física del viento fue esencial para construir el modelo de kitesurf, la familiaridad con la sensación del kitesurf también resultó fundamental.

El toque físico me permitió razonar al respecto de una manera significativa, dice Zimoch, quien ya ha practicado kitesurf con otros miembros del equipo a lo largo de las playas de Nahant, Massachusetts. Puedo sentarme en mi escritorio y recordar cómo se siente cuando la cometa te detiene y cómo reacciona. Eso es muy útil.

Pesca del día
Poco después de que el grupo regresara de Hawái, Hosoi recibió una propuesta intrigante de Okuma, un fabricante de aparejos de pesca de alto rendimiento. La empresa había oído hablar de STE @ M a través de la Patagonia y quería trabajar con el MIT para diseñar mejores carretes para la pesca de altura. Un día de septiembre, alquiló un barco frente a la costa de Cape Cod y recibió a Hosoi, a otros tres miembros de la facultad y a Blair. Todos pescamos, dice Hosoi. Fui a casa y frí un montón de pescado azul, y nos dejaron una bolsa de lona llena de carretes.

Amos Winter, SM '05, PhD'11, profesor asistente de ingeniería mecánica, había ido a pescar cuando era niño, pero no tenía mucha experiencia desde entonces. Pero el viaje en barco le hizo pensar y se llevó la bolsa de carretes a casa para inspeccionarla más de cerca. Mientras jugaba, accidentalmente dejó caer uno, rompiendo el elegante diseño en pedazos. Siempre ingeniero, aprovechó la oportunidad para desmontar completamente el carrete para comprender cómo funcionaba. Luego, redactó rápidamente una revisión de diseño para la empresa. Al descubrir que la carga en algunas de las piezas fundidas a presión hacía que el carrete fuera susceptible de romperse, sugirió cambios que pueden hacerlo más fuerte y más flexible, como reemplazar algunas de esas piezas con plástico. También recomendó una forma de endurecer la ruleta (que se enrolla en la línea) cambiando su geometría.

Seguí hablando con ellos y armamos un proyecto de consultoría, que creo que es una primera cita bastante buena, dice Winter.

Uno de los desafíos que planea abordar es la corrosión. La pesca en alta mar implica la exposición a condiciones climáticas adversas y agua salada, que pueden obstruir y corroer un carrete. El equipo también puede descomponerse por el calor que se genera al tirar, digamos, un atún de 400 libras. Winter trabajará con la empresa para diseñar un carrete más resistente a la corrosión que transporte cargas con mayor facilidad, lo que significa que un pescador necesitaría menos fuerza para atrapar una captura.

Aumento de un diseño cuesta abajo
Si bien la mayoría de los estudiantes aprenden sobre STE @ M a través de sus profesores o compañeros de clase, la junior Valerie Andersen se enteró del programa a través de sus abuelos. Andersen, que prácticamente creció con los esquís, es un corredor alpino en el equipo de esquí del MIT. Sus abuelos le enviaron un artículo de noticias sobre la Turtle Ridge Foundation, una organización sin fines de lucro fundada por el medallista de oro olímpico Bode Miller. La organización estaba desarrollando una nueva versión del monoesquí que usan las personas discapacitadas: un esquí único con un pequeño asiento adjunto. La fundación tenía la intención de diseñar un modelo que funcionara mejor y costara menos que los modelos existentes.

Cameron Shaw-Doran prueba el nuevo diseño de monoesquí que los investigadores del MIT están desarrollando a través de STE @ M.

El artículo mencionaba a un investigador del MIT que colaboraba en el diseño: Karl Iagnemma, SM ’97, PhD ’01, científico investigador principal en el Laboratorio de Manufactura y Productividad y miembro de STE @ M. Andersen rápidamente buscó a Iagnemma y se unió al equipo.

Aunque Andersen se había entrenado brevemente junto con el equipo de esquí paralímpico de EE. UU. En su segundo año, nunca había usado un monoesquí y no habría podido decir si un ajuste de diseño provocó una mejora apreciable en el rendimiento. Esa valiosa retroalimentación provino de Cameron Shaw-Doran, director de I + D en la fundación y un esquiador adaptativo competitivo. En 1997, Shaw-Doran, que era esquiador desde los dos años, sufrió un accidente automovilístico que lo paralizó del pecho para abajo. Miller, un amigo de toda la vida, lo ayudó a recuperarse, y Shaw-Doran finalmente regresó a esquiar, explorando los diversos monoskis en el mercado.

Shaw-Doran descubrió que el principal obstáculo en la mayoría de los diseños era una suspensión inadecuada, lo que hacía que rebotara demasiado mientras recorría un sendero. Si pudiera encontrar a alguien que diseñara un amortiguador que pudiera hacer lo que las rodillas de Bode Miller pueden hacer, sería multimillonario, bromea.

Él e Iagnemma esperan integrar un sistema de suspensión mejorado en su diseño de monoesquí. Hasta ahora, el prototipo es más liviano que otros diseños comerciales y su plataforma ligeramente desplazada disminuye la posibilidad de que la punta del esquí golpee una roca.

Shaw-Doran probó el nuevo esquí en Mount Hood en Oregon y dice que se sintió muy conectado con él. Solo puedo moverme de mi pecho hacia arriba. Si algo de ese movimiento se pierde en la transferencia al esquí, estoy perdiendo energía, dice. Así que fue una sensación increíblemente buena.

En diciembre, Shaw-Doran llevó el monoesquí a Colorado, donde compitió por un lugar en el equipo nacional de esquí alpino adaptativo de EE. UU. Y en el equipo de esquí alpino paralímpico. Dice que trabajar con el MIT también ha despertado interés en la ingeniería.

Trabajar con aluminio, acero y titanio, y comprender cómo se compara el aluminio blando con el acero y la cantidad de vibraciones que se transfieren a través de él, me encantaría saber más, dice.

Más radios para el hub
Hosoi espera que STE @ M establezca al MIT como un recurso para la innovación en la industria del atletismo. Ella está buscando agregar más radios al centro de STE @ M y está en conversaciones con Nike y Red Bull sobre asociaciones. Después de todo, más socios de la industria podrían beneficiar a los estudiantes que buscan seguir carreras en tecnología deportiva.

Al final, dice Hosoi, el objetivo del programa es ayudar a los estudiantes a canalizar sus pasiones.

Estamos mostrando a las personas formas en las que pueden aplicar su experiencia técnica a las cosas que realmente les entusiasman, dice. Quiero que ese tipo de energía impregne STE @ M.

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