Salir volando por encima del manillar de una bici mientras se va cuesta abajo por el monte asustaría a cualquiera. Pero para Anette “Peko” Hosoi, estrellarse con su bici en el Parque Highland de Bici de Montaña en Nuevo Hampshire (EEUU) le dio un subidón de adrenalina y al final un pensamiento de ingeniero: ¿qué haría falta para diseñar una bici mejor?
En su primera visita al parque, una estación de esquí reconvertida que sube a los ciclistas 200 metros en telesilla hasta la cima, Hosoi, profesora de ingeniería mecánica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU)) intentó bajar por las empinadas pistas entre las paredes de granito de la montaña en una bicicleta de cross con resultados espantosamente malos.
"Salí volando por encima del manillar ocho veces ese día", recuerda. Y pensé "¡Esto es lo mejor que he hecho en mi vida! Imagina si tuviera la bici adecuada".
Llena de moratones y cortes, se metió en inte et en cuanto llegó a casa, buscando una bici para bajar pendientes. Lo que encontró fueron diseños indefinidos: amortiguadores, suspensión delantera y mecanismos de conducción variaban de una bici a otra y no quedaba claro cómo afectaba cada una de estas características al rendimiento de la máquina.
En aquel momento Hosoi impartía un curso de mecánica y materiales, y planteó el problema a sus alumnos, pidiéndoles que analizaran las cargas mecánicas con las que se deformaría una bici. Mientras tanto, se pasaba las tardes dibujando diagramas de cuerpo libre, los bocetos de las fuerzas que actúan sobre una bici en distintas situaciones.
Charlando con otros miembros del claustro del MIT, Hosoi mencionó sus diagramas. Enseguida se dio cuenta de que no era la única amante de las emociones fuertes.
"Resulta que la mitad del claustro son fanáticos del deporte", afirma. "Hacen estadísticas para el béisbol o corren triatlones o les va la Fórmula Uno o la vela, y muchos hacen estos diagramas en su garaje los fines de semana.
Hosoi dejó su proyecto de bicicleta en espera para centrarse en un objetivo mayor: conectar a esos ingenieros amantes del deporte para formar un "nodo" para la investigación de la tecnología del deporte. Imaginó un programa que emparejara a innovadores del MIT con empresas de material deportivo que buscasen nuevos productos.
En otoño de 2011, Hosoi y unos 25 miembros del claustro de distintos departamentos crearon formalmente STE@M (siglas en inglés de deporte, tecnología y educación en el MIT), un programa que conecta a alumnos, claustro, socios empresariales y atletas para que puedan trabajar juntos en proyectos que están en la intersección del deporte y la ingeniería. Estos proyectos, que pueden tomar la forma de tesis doctoral, investigación de los alumnos, proyecto extra de un profesor o un trabajo de clase, están desarrollando ideas como por ejemplo una aplicación para la liga fantástica que rebusca información en Twitter, un modelo para analizar el rendimiento del kitesurf y un monoesquí más resistente y barato para esquiadores discapacitados.
Además, los proyectos tiran de una amplia gama de disciplinas dentro de la ingeniería, según el asesor de STE@M y vicepresidente de la empresa de ingeniería de producto Cooper Perkins, Kim Blair. "La aerodinámica, el factor humano, la termodinámica, la trasferencia de calor, se podría seguir indefinidamente", afirma.
Blair trabaja con estudiantes y empresas de material deportivo para crear retos relacionados con la ingeniería deportiva. Es un papel en el que se siente cómodo: en 1999 fundó un programa parecido, Innovación Deportiva en el MIT que ahora va a incorporar a STE@M. Como ingeniero de investigación en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, dirigió el programa 14 años, durante los cuales los estudiantes construyeron un aparato para medir el rendimiento de bates y guantes de béisbol y desarrollaron un sistema preciso para probar bicicletas que incluye software y un soporte que minimizan la interferencia con el ciclista.
Uno de los proyectos más potentes fue un nuevo diseño para una zapatilla de triatlón. Blair, que ha competido en numerosos triatlones y carreras de Iron Man, observó que ninguna zapatilla del mercado cubría todas las necesidades de un triatleta. Los competidores tienen que cambiar rápidamente de zapatillas para bici a zapatillas para correr y se suelen hidratar más que los corredores de maratón, lo que aumenta las posibilidades de tirarse agua encima durante una carrera. Una zapatilla para correr que sea fácil de poner y que minimiza la acumulación de humedad daría una ventaja al triatleta.
Primero Blair buscó un estudiante que estuviese interesado en el equipo de atletismo del MIT y juntos él y Chi-An Wang (licenciado en 2001), presentaron la idea al fabricante de zapatillas New Balance. Con el respaldo de la empresa, en 2001 el equipo produjo un prototipo de zapatilla de triatlón que New Balance acabó sacando al mercado. Blair llevó las zapatillas para competir durante tres temporadas antes de que la empresas dejara de fabricarlas.
"Tuvo una duración en el mercado significativa", recuerda. "Y lo que nos pareció realmente importante de esta zapatilla es que probaba que a la empresa le interesaba intentar cosas nuevas".
Con el viento en las velas
Esa disposición a experimentar es una de las cualidades que Blair busca cuando se reúne con potenciales socios para STE@M. Recientemente ha ayudado a establecer una conexión con la empresa fabricante de material de montaña Patagonia.
El director de Investigación y Desarrollo Avanzados en Patagonia, Tetsuya O’Hara, propuso celebrar un taller de una semana para claustro y alumnos del MIT en Maui, Hawái (EEUU), para que conociesen la tecnología del viento y experimentasen los deportes de viento de primera mano. Aunque Patagonia fabrica principalmente material de montaña. O'Hara explica que la empresa está fabricando una tabla de surf y otros productos relacionados con este deporte.
O'Hara cree que el MIT puede ofrecer a Patagonia una perspectiva nueva sobre la tecnología deportiva. "Los profesores y alumnos asociados a STE@M entienden el deporte, así que tienen la perspectiva del usuario y podemos usar el mismo lenguaje que con un deportista", afirma.
No es de extrañar que Hosoi recibiera montones de solicitudes para participar en el viaje. Acabó reduciendo la búsqueda a los candidatos que demostrasen dos cualidades: una experiencia en ingeniería muy diversa y pasión por el deporte.
"Buscaba la superposición de estas dos pasiones", afirma. "Al bajar por esa cuesta con la bici y salir volando por encima del manillar sabía exactamente lo que necesitaba. Tienes que formar parte de esa cultura si quieres innovar en ella".
En enero de 2013 Hosoi viajó hasta Hawái con el profesor de ingeniería mecánica Alex Slocum y 15 alumnos, entre los que había algunos atletas universitarios que se perderían los entrenamientos de esa semana. Para conseguir el permiso para hacer el viaje, Hosoi y Slocum llegaron a un acuerdo con el entrenador de atletismo del MIT: Slocum, que también es triatleta, prometió correr con los estudiantes a las 6 de la mañana todos los días.
Una vez en Maui, el grupo se pasó por los talleres de los windsurfistas profesionales Robby Naish y Francisco Goya, donde observaron el proceso de crear tablas de kitesurf a mano. Para que los estudiantes tuviesen experiencia de primera mano, Patagonia reservó clases todas las mañanas para hacer deportes de viento como el surf, el paddleboard, el kitesurf y el windsurf.
Algunos, como el estudiante Pawel Zimoch, nunca habían practicado este tipo de deportes. A Zimoch le atrajo especialmente el kitesurf, en la cual un surfista, monta en una tabla mientras sujeta una gran vela y coge rachas de viento para volar hasta 10 metros por encima del agua. El kitesurf es un deporte relativamente nuevo y los diseños tanto de la vela como de la tabla han evolucionado rápidamente gracias a que sus practicantes han ido enredando en sus talleres para producir combinaciones que les permiten ir más rápido y más alto. Pero en los últimos años estas mejoras se han frenado.
"Los aficionados estaban basando sus innovaciones en su intuición y su experiencia", explica Zimoch. "Llega un punto en el que lo importante es comprender los principios físicos".
Al igual que le pasó a Hosoi al estudiar el mercado de las bicis para descensos, Zimoch se dio cuenta de que no está claro qué hace que una tabla de kitesurf sea mejor que otra. Tras volver al continente, él y otros estudiantes empezaron a probar el rendimiento de las cometas en el túnel de viento del MIT. Aunque les costó conseguir medidas relevantes respecto al arrastre de la vela en distintas condiciones, también esperan medir el rendimiento de las tablas en el canal hidrodinámico del MIT.
Zimoch también está desarrollando un modelo de computación básico que los diseñadores pueden utilizar para analizar como volará una vela de kitesurf, dadas determinadas dimensiones y características, en distintas condiciones de viento. Explica que el modelo podría ayudar a los diseñadores a crear velas mejor adaptadas a vientos poco potentes, algo que serviría para ampliar el deporte a nuevas playas, abriendo el mercado más allá de los pocos lugares con los vientos fuertes y constantes que necesita el kitesurf en la actualidad.
Aunque entender la física del viento es fundamental para construir el modelo de computación, tener un conocimiento de la sensación que produce el kitesurf también resultó clave.
"El contacto físico con el deporte me permitió razonar sobre él de forma significativa", explica Zimoch, quien ya ha ido a hacer kitesurf con otros miembros del equipo en las playas de Nahant, Massachusetts. "Puedo sentarme en el despacho y pensar en la sensación de que la vela tire de ti y cómo reacciona. Es muy útil".
Pesca del día
Poco después de volver de Hawái, Hosoi recibió una propuesta intrigante de Okuma, un fabricante de aparejo de pesca de alto rendimiento. La empresa había conocido a STE@M a través de Patagonia y quería trabajar con el MIT para diseñar mejores carretes para la pesca en aguas profundas. Un día de septiembre botó un barco frente a la costa de Cape Cod con Hosoi, otros tres profesores y Blair a bordo. "Todos pescamos algo", afirma Hosoi. "Yo volví a casa y freí un puñado de peces y nos dejaron una bolsa llena de carretes".
El profesor adjunto de ingeniería mecánica Amos Winter había ido de pesca de niño, aunque no había repetido la experiencia desde entonces. Pero el viaje en barco le puso a pensar y se llevó la bolsa de carretes a casa para inspeccionarlos con calma. Mientras jugueteaba con ellos, uno se le cayó, dejando el elegante diseño hecho pedazos. Siendo ingeniero como es, aprovechó la oportunidad para desmontar el carrete por completo para comprender cómo funcionaba. Después escribió una rápida crítica de diseño para la empresa. Halló que la carga sobre algunas de las partes de fundición hacían que el carrete fuese susceptible a romperse, sugirió cambios que podrían hacer que fuera más fuerte y maleable, como por ejemplo sustituir esas partes por plástico. También recomendó una forma de dar mayor rigidez a la rueda que recoge el hilo mediante un cambio en su geometría.
"Seguí hablando con ellos y acabamos acordando un proyecto de consultoría, lo que me parece una muy buena primera cita", afirma Winter.
Uno de los retos que tiene por resolver es la corrosión. La pesca en aguas profundas implica una exposición a condiciones meteorológicas muy duras y a agua salada, que puede taponar y corroer el carrete. El equipo también puede romperse por el calor que se genera al tirar de un atún de 200 kilos, por ejemplo. Winter trabajará con la empresa para diseñar un carrete más resistente a la corrosión que soporte las cargas más fácilmente, lo que significa que el pescador necesitaría menos fuerza para recuperar el pez.
El ascenso de un diseño para descenso
Aunque la mayoría de los alumnos conocen STE@M a través de sus profesores o sus compañeros de clase, la estudiante Valeria Andersen descubrió el programa a través de sus abuelos. Andersen, quien prácticamente se crió con unos esquís puestos, es competidora de descenso alpino del equipo de esquí del MIT. Sus abuelos le mandaron un artículo sobre la fundación Turtle Ridge, una organización sin ánimo de lucro fundada por el medallista olímpico Bode Miller. La organización estaba desarrollando una nueva versión del monoesquí usado por los atletas paralímpicos, un único esquí con un pequeño asiento. La fundación pretendía diseñar un modelo que rindiera mejor y costara menos que los modelos existentes.
Foto: Cameron Shaw-Doran prueba el nuevo diseño de monoesquí desarrollado por investigadores del MIT a través de STE@M.
El artículo mencionaba que había un investigador del MIT colaborando en el diseño, el investigador principal del Laboratorio de Fabricación y Productividad y miembro de STE@M, Karl Iagnemma. Andersen buscó rápidamente a Iagnemma y se unió al equipo.
Aunque Andersen había hecho algunos entrenamientos junto con el equipo de esquí paralímpico de Estados Unidos como estudiante de segundo año, nunca había usado un monoesquí y no podía decir si una variación en el diseño produciría una mejora medible en el rendimiento. Esa valiosa información vino de la mano del director de I+D en la fundación y esquiador de esquíadaptado Cameron Shaw-Doran. En 1997, Shaw-Doran, que llevaba esquiando desde los dos años, tuvo un accidente de coche que le paralizó del pecho hacia abajo. Miller, amigo suyo de toda la vida, le ayudó con su recuperación y Shaw-Doran acabó volviendo a esquiar, explorando los distintos monoesquís del mercado.
Pero se dio cuenta de que el principal obstáculo en la mayoría de los diseños era una suspensión inadecuada, que le hacía botar demasiado al bajar por la pista. "Si encontrarse quien diseñe un amortiguador capaz de hacer lo que hacen las rodillas de Bode Miller, sería multimillonario", bromea.
Iagnemma y él esperan integrar un sistema de suspensión mejorado en su diseño de monoesquí. Por ahora el prototipo es más ligero que otros diseños comerciales y tiene el pie ligeramente desviado para reducir las posibilidades de que la punta del esquí choque con una piedra.
Shaw-Doran probó el nuevo esquí en Mount Hood en Oregón y explica que se sintió "muy conectado" con él. "Sólo me puedo mover del pecho para arriba. Si cualquier parte de ese movimiento se pierde en la trasferencia al esquí, pierdo energía", afirma. "Así que fue una sensación increíblemente buena".
En diciembre Shaw-Doran llevó el monoesquí a Colorado, donde competía por una plaza en el equipo nacional de esquí adaptado de Estados Unidos y el equipo paralímpico de esquí alpino. Afirma que haber trabajado con el MIT ha despertado su interés por la ingeniería.
"Trabajar con aluminio, acero y titano, y comprender lo blando que es el aluminio en comparación con el acero y la cantidad de vibraciones que se trasfieren a través de él, me encantaría saber más", afirma.
Más radios para la rueda
Hosoi espera que STE@M hará que el MIT se convierta en un recurso para la innovación en toda la industria deportiva. Busca añadir más radios a la rueda de STE@M y mantiene conversaciones con Nike y Red Bull para asociarse. Después de todo, contar con más socios industriales podría beneficiar a los estudiantes que quieren dedicarse a la tecnología deportiva.
Al final, según Hosoi, el objetivo del programa es ayudar a los estudiantes a canalizar sus pasiones.
"Estamos demostrando a la gente formas en las que pueden aplicar su pericia técnica a cosas que les emocionan", afirma. "Quiero que esa clase de energía se sienta en todo STE@M".