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Cómo la Simulación esta Ayudando a tener un Mundo más Limpio

Los ingenieros están utilizando modelos sofisticados para limpiar los desechos plásticos de los océanos, optimizar el flujo de aire en ciudades llenas de contaminación, y hacer que los vehículos sean más ligeros y eficientes.

El gran continente de Basura del Pacífico pronto comenzará a encogerse. En octubre, The Ocean Cleanup, una fundación sin fines de lucro con sede en los Países Bajos, instaló el Sistema 001 (apodado Wilson), para eliminar parte de la basura que flotaba en la superficie del océano. Esta isla de basura de 1,8 billones de piezas de plástico, que se encuentra a medio camino entre Hawaii y California, es aproximadamente el doble del tamaño de Texas. El System 001 es un tubo flotante de 600 metros, desplegado en forma de U, con una falda de 3 metros de profundidad. Sin intervención humana, una vez desplegada, aprovecha tres fuerzas oceánicas naturales -vientos, olas y corrientes- para viajar más rápido que el plástico, que luego captura.

“Después de que 60 de estos sistemas sean desplegados, reducirán el plástico del área en un 50% en cinco años”, dice Bruno Sainte-Rose, modelador computacional de The Ocean Cleanup.

El System 001 es un gran avance con respecto a los métodos convencionales de limpieza de los océanos, como los buques y las redes, que necesitan una tripulación, que requerirían un tiempo excepcionalmente largo y costarían decenas de miles de millones de dólares. La estructura y el método de recolección únicos de Wilson fueron diseñados con software de modelado en 3D creado por Dassault Systèmes. Mediante el uso del modelado virtual, el equipo de Ocean Cleanup generó conocimiento sobre el diseño ideal para el System 001 de manera más rápida y precisa de lo que podrían hacerlo con pruebas físicas.

“Nos embarcamos en un desafío que nunca antes se había abordado a esta escala”, dice Sainte-Rose. “Confiamos mucho en la simulación para probar nuestra herramienta en muchos escenarios diferentes antes de ir a gran escala e invertir mucho dinero.”

El uso del modelado 3D se está acelerando. Según la empresa de investigación de mercado, Gartner, casi la mitad de las organizaciones que adoptan la Internet de las cosas (IoT) dicen que están utilizando, o planean utilizar, digital twins: las homólogas virtuales de un objeto real. Los científicos también están utilizando cada vez más la simulación para llevar a cabo cientos de experimentos antes de llevar a cabo el verdadero en el laboratorio. Además de la limpieza de los océanos, las simulaciones están ayudando a resolver otros problemas ambientales, como la optimización de las ciudades para que resistan los desastres y reduzcan la contaminación del aire. El modelado también está ayudando a los diseñadores de productos a definir mejor las propiedades físicas de un material a nivel molecular para, por ejemplo, construir baterías más eficientes para vehículos autónomos o aviones más ligeros que utilizan menos combustible. Todo ello puede ayudar a crear ciudades y entornos más inteligentes y eficientes.

Hacer que los aviones y los vehículos sean más ligeros es importante para la eficiencia del combustible, pero la seguridad no puede verse comprometida. La simulación está ayudando a determinar si es posible utilizar fibras de carbono en la construcción de aviones. Estas fibras tienen cinco micras de ancho, aproximadamente una décima parte del diámetro de un cabello humano, y son muy fuertes. “Las fibras de carbono tienen el potencial de revolucionar la industria aeroespacial porque son muy ligeras”, dice R. Byron Pipes, un profesor de ingeniería de la Universidad de Purdue, que trabaja en estrecha colaboración con fabricantes de automóviles y aviones. Este material, añade, “puede ayudar a construir un marco que permita que un avión viaje más lejos y requiera menos energía”. Pipes ha utilizado el software de simulación de Dassault Systèmes en su búsqueda de la eficiencia de los aviones. “Podemos explorar el enorme potencial que estos materiales tienen, y aprender cómo funcionará la parte o todo el sistema antes de que lo hagamos.”

La simulación también está ayudando a desarrollar baterías estables y de mayor duración como alternativa a las baterías de iones de litio, que pierden capacidad y se hacen más pesadas con el tiempo.

Reza Sadeghi, director de estrategia de BIOVIA, una marca de Dassault Systèmes, imagina un futuro en el que es posible construir una ciudad en tres dimensiones, utilizando la dinámica de fluidos computacional para gestionar la calidad del aire. “Podemos analizar cosas como el recuento de carbono y la composición del aire para entender cómo afecta eso a la salud de las personas que viven allí”, explica.

dinámica de fluidos para gestionar la calidad del aire en una ciudad
Dinámica de fluidos para gestionar la calidad del aire en una ciudad

El diseño de la ciudad también puede beneficiarse de otras maneras. Cuando se trata de prepararse para los peores escenarios, como un desastre natural o un brote importante de una enfermedad, el software de modelado está ayudando a determinar el mejor curso de acción, dice Sadeghi. “Si se tiene un modelo detallado de una ciudad y se tiene un brote de un virus en particular, se puede pasar de simular la molécula a la metrópoli y hacer determinaciones en las que el tiempo y el espacio son críticos”, dice. “Puedes predecir más inteligentemente dónde irá el virus y a qué velocidad viajará.”

Sadeghi también señala la importancia de evacuar los edificios de forma rápida y segura en caso de emergencia. “Con el modelado 3D, podemos probar lo rápido que podemos mover a la gente de A a B, manejando el flujo de gente de un lugar a otro y entendiendo los cuellos de botella.”

Mientras que algunos peligros se desarrollan en segundos, otros aumentan con el tiempo. De vuelta con el gran continente de basura del Pacífico, el plástico se está rompiendo, creando piezas más pequeñas que son más difíciles de capturar. “Si no se limpian pronto, seguirán descomponiéndose en pedazos más pequeños”, advierte Erika Traskvik, gerente de comunicaciones digitales de The Ocean Cleanup. “Pueden ser más fácilmente confundidos con comida para la vida marina e incluso pueden terminar en nuestros platos.”

La simulación avanzada puede conducir a soluciones ambientales innovadoras. “Nuestra esperanza es que, con la tecnología, podamos revertir el problema de tener tantos desechos de plástico en el océano”, dice Sainte-Rose, “y tener un impacto en un futuro más prometedor”.

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