Innovación

Un reto para jóvenes ingenieros: mover un volquete articulado de 100 toneladas usando piezas de Lego Technics

Esta es la historia de un reto tecnológico y de ingeniería que se les ocurrió a los ingenieros de Volvo y de Lego Technics para poner a prueba a equipos de jóvenes interesados en temas STEM (abreviatura de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas). La idea era sencilla: un reto consistente en mover 50 metros un dúmper articulado Volvo A60H utilizando únicamente piezas de construcción Lego Technic.

Esta versión más refinada y tecnológica de las conocidas piezas Lego incluye motores, engranajes y controladores de varios tipos y se usa para construir robots, vehículos y otros mecanismos. Algunos son realmente avanzados, se inspiran en vehículos especializados y son capaces de realizar pequeñas proezas. O no tan pequeñas, porque hablamos de que el Volvo A60H, apodado cariñosamente «la bestia», tiene un peso de 43 toneladas y sus ruedas son más altas que una persona.

El reto se planteó a lo largo de tres meses y participaron 35 jóvenes de la Lego League en cuatro equipos procedentes de Suecia, Estados Unidos, Nigeria y Japón, supervisados por ingenieros de Volvo, Lego y un astronauta invitado. Todas las comunicaciones se harían por videoconferencia. Finalmente, en las instalaciones de Lego en Dinamarca los técnicos ayudarían a ensamblar los ingenios definitivos con las instrucciones recibidas: planos y diseños detallados en 3D. El vídeo documenta todas las fases y muchas de las reuniones, la fabricación de pequeños prototipos y el intercambio de ideas, además del propio momento del reto en sí.

Cada equipo trabajó en varias ideas y probó diversos mecanismos a escala para ver cómo podían crear con las piezas de un kit estándar (de hecho el kit del propio Volvo A60H, de más de 2.000 piezas). El objetivo de esta primera fase era experimentar con los límites de lo que se podía construir y cuánta fuerza se podía transmitir, algo que probaron moviendo sillas, pequeños pesos e incluso a alguno de los propios participantes, más de 60 kg a veces. Además de eso calcularon la fuerza necesaria para desplazar el dúmper los 50 metros que marcaba el reto: unos 10.000 newtons si todo iba bien.

Al igual que se hace en otros campos de la ingeniería, fueron eliminando las ideas poco prometedoras para quedarse con las mejores, algo típico de la industria. Básicamente acabaron con un modelo de 8 ruedas en el que la potencia de los pequeños motores de Lego Tecnhic se multiplicaba con unos engranajes unas 81 veces. El principio físico de reducción viene a decir que se puede conseguir más fuerza reduciendo la velocidad pero aumentando el tiempo que se aplica, y en este sentido no había tantos límites: podían poner muchas pequeñas «hormiguitas» a tirar mucho tiempo para lograr el objetivo. Otro aspecto importante es que había que añadir un contrapeso sobre el mecanismo, para lograr tracción: si el mecanismo no se apoyaba correctamente, las ruedas simplemente patinarían.

Volvo Lego TechnicsEl siguiente paso fue probar esos primeros diseños con un pequeño modelo a escala del dúmper, de 3 toneladas, para demostrar qué prototipos podían funcionar. Finalmente se seleccionó uno de ellos que resultaba prometedor, compuesto por plataformas bajas de ruedas pequeñas con 44 mecanismos motores, y se calcularon mejor todos sus parámetros, especialmente el contrapeso. Pero si parecía que todo era ya cuestión de escala y una regla de tres («si con 1 plataforma de 44 motores podemos mover 3 toneladas necesitaremos X plataformas para mover 43 toneladas; la X son unas 15 plataformas y unos 660 motores) lo cierto es que todavía quedaban sorpresas.

Una de ellas es que el volquete se rellenó de piedras,Ro de modo que en vez de 43 pasó a pesar 100 toneladas: eso suponía multiplicar por más del doble la fuerza necesaria, y más potenciales problemas. Pero la ingeniería es así. Con el diseño de las plataformas tractoras ya pulido se enviaron a la fábrica de Lego para construir todos los mecanismos de las plataformas motoras; el diseño final requería 256.608 piezas de Lego y 792 motores, además de 13 toneladas en placas metálicas como contrapeso.

Para la comprobación definitiva del reto se necesitaban fuertes correajes y un mecanismo especial que se construyó en acero cortado mediante láser de modo que las plataformas pudieran sumar su fuerza y tirar unas de otras para desplazar el dúmper.

El gran día todo estaba listo y se preparó una nave industrial para colocar en ella las plataformas, el volquete y la pista de 50 metros que debía recorrer, además de todas las conexiones de videoconferencia para que los participantes lo vivieran en directo.

Volvo Lego TechnicsEs difícil contar cómo termina la historia sin «destripar el vídeo», así que es mejor verlo para disfrutar del desarrollo de la prueba, incluyendo un inesperado final, o quizá sería más apropiado decir «finales». El resultado es producto de más de 2.000 horas de cuidadoso montaje tras tres meses de trabajo en equipo. Es un vídeo muy didáctico porque enseña cómo es el día a día de la ingeniería: idea, cálculo, prototipo, prueba, ensayo y error. Al final se terminaron usando 728.168 piezas y 1.920 motores, una cifra de récord para un reto de proporciones mayúsculas.

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