Tu coche y un F1. Ciencia y Tecnología del siglo XXI

Transcripción

1 Qué adelantos científicos han pasado de un F1 a nuestros coches, aeropuertos, ordenadores,? Evolución o revolución en el mundo del motor? Tu coche y un F1 Ciencia y Tecnología del siglo XXI Institutos IMDEA

2 Atribuyen a Enzo Ferrari el haber dicho «cuando usted compra un Ferrari, está pagando por el motor. El resto, se lo doy gratis». Esta frase encierra tres grandes verdades. La primera, que en la F1 la ciencia es fundamental. La segunda, que el dinero también lo es. Y la tercera, que a los monoplaza los alimenta tanto el combustible como la «chulería» de sus pilotos y propietarios. Barrichello vs Schumacher El mundo del motor es apasionante. Para triunfar en él hacen falta mucha ciencia, y también mucha estrategia de equipo. Y si no, que se lo digan a Rubens Barrichello. En el Gran Premio de Austria de 2002, el piloto brasileño, que iba el primero, frenó a 100 metros de la meta para dejar el podio a su entonces compañero en Ferrari, Michael Schumacher. El mundial ese año fue para «Schumi», y los abucheos del público en Austria, también. Según contó después Barrichello, Ferrari le dio un argumento muy convincente para que dejase ganar a su compañero: «Levanta el pie y deja pasar a Michael, o te vas a la calle». Y es que «el káiser» era mucho «káiser».

3 La hidratación en la F1 La deshidratación repercute enormemente en nuestra capacidad física y mental: perder un 4% de líquidos puede hacer disminuir nuestra atención en casi un 40%. Por eso, la deshidratación puede ser un grave problema para los pilotos de F1 y para cualquiera de nosotros. En el caso de los pilotos de F1, su dieta y su bebida se personalizan tanto como sus ejercicios de entrenamiento, y dependen de su metabolismo y su consumo energético. Se calcula que un piloto «quema» en promedio calorías durante una carrera, prácticamente lo mismo que un corredor de su misma complexión física en una maratón. Y la cifra se dispara en circuitos como Sepang, Malasia, donde la temperatura en la pista promedia los 40 grados y la humedad rebasa el 80%. Además de que los días de competición los pilotos tienen a sus preparadores físicos recordándoles continuamente que deben beber, sobre todo en los circuitos más calurosos, los F1 tienen un «almacén» de bebidas que les ayuda a mantener sus niveles de hidratación durante la carrera. Este almacén es una bolsa flexible adosada a un lateral de la cabina, unida al casco del piloto a través de un tubo elástico por el que pasa el líquido. Para poder beber, el piloto debe activar una bomba presionando el botón Drink (n 4) del volante. Así accede al menú de las «bebidas», que le permite escoger entre agua y una bebida hipo o isotónica. La bomba que se activa no es una costosa bomba de fibra de carbono y titanio, sino una mucho más económica, como las que se utilizan para los limpiaparabrisas.

4 Sobre cómo los pilotos «se deshacen» de estos líquidos, podéis leer noticias muy curiosas en Internet. No todo es glamour en el lujoso mundo del motor! La dieta en la F1 Una condición física óptima para la conducción, el deporte y, en general, para una vida más sana, tiene una relación muy estrecha con una dieta adecuada y saludable. Los alimentos de digestión fácil y rápida son esenciales en ella. La alimentación de un deportista de élite que se pasa el día sentado por qué tiene que ser diferente a la del resto? Al fin y al cabo, aunque en otro tipo de asientos, todos pasamos buena parte de nuestro tiempo sentados no? Los pilotos de F1 tienen una dieta totalmente adaptada y personalizada, que depende de la temporada, lo cerca que esté el día de la competición, el clima, el circuito,..., incluso de los cambios de la reglamentación técnica! Por lo general toman carbohidratos, excelentes para proporcionar energía sin tener que hacer una digestión larga y pesada. La dieta más equilibrada para ellos es la que les aporta, además de carbohidratos, proteínas, vitaminas y minerales, añadiendo complementos específicos para deportistas cuando es necesario. Hay que decir que, casi todos ellos, además de grandes pilotos son buenos deportistas. A Vettel y Alonso les gusta el ciclismo, Button, Rosberg, Webber y Martínez de la Rosa practican triatlón (al que también parece haberse aficionado Alonso), Schumacher jugaba al fútbol,

5 La dieta no tiene relación solo con el rendimiento del piloto, sino también con el del coche. Un piloto demasiado alto o voluminoso puede causar problemas con el peso y la aerodinámica. Le ocurrió a Robert Kubica, que con su 184 centímetros de altura y sus 73 kilos de peso está entre los más altos de la competición. A su paso por BMW, tuvo que perder peso y fue uno de los pocos pilotos que no comía pasta, sino alimentos poco calóricos. Y no sólo él. Según podía leerse a finales de 2013 en la prensa deportiva, «la llegada de los motores turbo en 2014 está creando un problema de sobrepeso a los equipos del Mundial de Fórmula 1, que han avisado a sus pilotos para que cuiden su dieta al máximo con el fin de evitar kilos de más en el monoplaza.» Aunque en 2014 el límite de peso ha subido de los 642 a los 690 kilos, este incremento se ha visto contrarrestado por el mayor peso de los motores V6 turbo. Es decir, que en la práctica, el límite de peso es más restrictivo que en 2013 y los pilotos más pesados podrían ser un lastre para las escuderías. Según los cálculos que manejan los equipos, cada kilo de más significa una pérdida de 35 milésimas de segundo por vuelta en un circuito convencional. De ahí que, salvo excepciones, los pilotos no sean demasiado corpulentos. Vettel, por ejemplo, mide 174 centímetros, y pesa 64 kilos. Fernando Alonso mide 171 cm. y pesa 68 kg. Hamilton, mide lo que Vettel, 174 cm., y pesa lo que Alonso, 68 kg Vettel parte con ventaja!

6 La energía que «hace volar» a los monoplaza Ya hemos visto que la alimentación de un piloto de F1 es diferente a la habitual, pero y la energía que mueve los coches del Sr. García y del Sr. Alonso? Es también diferente? Cómo son las antiguas y las nuevas energías que mueven el mundo, literalmente? El 3 de octubre de 2013 se podía leer en la prensa que los principales equipos de la Fórmula 1 llevaban días alborotados. No les preocupaba quién iba a ganar el título, prácticamente decidido a favor de Vettel, ni las mejoras de sus monoplazas para la próxima temporada. «Todo esto pasa a ser secundario cuando lo que está en juego son sus ingresos, presupuestos enormes que se cubren en su mayoría con el dinero procedente de compañías petroleras como Shell, Total, Petronas o PDVSA, la empresa estatal de Venezuela.» El gran revuelo lo había despertado la FIA órgano rector de la F1 al asegurar que un nuevo «acuerdo de la concordia» permitiría realizar las licitaciones de forma conjunta no solo para los neumáticos, sino también para el carburante a utilizar por todas las escuderías en todos los circuitos del Gran Premio. Hacerlo así supondría que todos los coches tendrían que utilizar la misma marca de combustible, como ya utilizan la misma de neumáticos (Pirelli desde 2011). Sin embargo, ante el revuelo despertado, la propia FIA se apresuró a afirmar que «No hay planes por el momento para tener una única oferta de combustible». Sus directivos, tras hacer pública la posi-

7 bilidad de unificar carburantes, no tardaron en darse cuenta de que no tiene sentido «morder la mano que te da de comer». Además del dinero del patrocinio directo, las grandes petroleras colaboran con las escuderías en la fabricación de los motores y los combustibles específicos de cada modelo. En 2014, por ejemplo, la F1 ha empezado a utilizar un nuevo motor, el V CC. Turbo, más pesado que el anterior V8 de CC. Con el nuevo motor el ahorro de gasolina será todavía más importante que antes, tanto que se convertirá en un factor crucial en la competición. Pues bien, desde que se hizo público el cambio, en el desarrollo de este nuevo motor, los tres constructores: Mercedes, Ferrari, Renault, y todas las escuderías, están trabajando codo con codo con las petroleras que las patrocinan. Y esto no es todo. Antes de 1989, el Reglamento Técnico de la F1 permitía utilizar cualquier tipo de combustible, así que los proveedores tenían libertad para mezclar sustancias químicas y utilizar algunas capaces de generar detonaciones desmedidas. Algunas combinaciones eran tan osadas que incluían carburantes de avión, reactores y cohetes. Sin embargo, los vapores producto de la combustión resultaban muy tóxicos tanto para quienes manipulaban las mezclas como para los espectadores. Esto hizo que en 1989 la FIA decidiese prohibir el uso de algunas sustancias y mezclas. Desde esa temporada se ha seguido experimentando con el combustible para adaptar la gasolina utilizada en la F1 al cumplimiento de la normativa sobre emisiones de gases contaminantes.

8 El combustible empleado hoy en la F1 y el comercial tienen una semejanza de aproximadamente el 99% de su composición química. «Pero el 1% restante resulta tan trascendente como una gota de cianuro en una cazuela de consomé.» Ese 1% diferente es uno de los secretos mejor guardados del mundo, «las empresas de carburante jamás revelarán lo que esconden en ese 1%, pero es evidente que operan en el campo molecular de los más volátiles elementos químicos.» La transcendencia de ese 1% no puede estar más clara: un motor de Fórmula 1 ni siquiera se encendería con gasolina comercial. Por el contrario, un coche de calle sí podría funcionar con gasolina de F1, aunque sólo por unos minutos, ya que sus motores no están preparados para una reacción química que genera casi revoluciones por minuto. Esto es así porque el combustible para uso «civil», la gasolina súper sin plomo de hasta 102 octanos, se diseña y produce para que funcione en motores de muy diverso tipo. Sin embargo, la gasolina de F1 se elabora para un motor específico. Total lo hace para el de Renault, Shell para el de Ferrari,... Ni siquiera de una carrera a otra se mantienen las mismas mezclas. Los nuevos materiales y los coches de hoy, estamos ante una simple evolución o una auténtica revolución? Las primeras experiencias para un piloto que sube por primera vez a un F1 son traumáticas. Tras un par de vueltas empieza a sentir lo incómodo que es conducir con los brazos tan pegados al cuerpo, obligado por la estrechez del habitáculo, en una posición forzada, semitumbado más que sentado; o lo molesto que resulta tomar una curva con un volante tan pequeño, la fuerza que hay que hacer continuamente para manejarlo.

9 El cuello y la columna sufren bastante. El asiento es de fibra de carbono y cada salto del F1, que casi no tiene suspensión (sus únicos elementos elásticos son las cubiertas y la columna cervical), se transmite directamente a su columna, provocando pequeños pero continuos traumatismos. La fuerza centrífuga que empuja el cuerpo del piloto hacia el exterior en una curva, que a velocidades de 300 km/h alcanza el valor de 5 G, también le afecta mucho, sobre todo a su cabeza. Y eso es ahora, que en los monoplaza se encierran mucha investigación y mucha tecnología, puestas al servicio de hacer más rápida y espectacular la competición, sí, pero también más segura. Se imaginan lo que era conducir un monoplaza hace unos años?

10 Los nuevos materiales están en todo lo que rodea a la F1: la estructura del monoplaza, el combustible, el traje y el casco del piloto, los neumáticos, el asfalto,, y con su utilización se pretende hacer la conducción más rápida y segura y menos agresiva para el piloto. Ligereza, resistencia, aerodinámica, protección contra el fuego, etcétera, todo esto es importante y se nutre de nuevos materiales, por ejemplo la fibra de carbono de los chasis y los cascos hechos a medida de cada piloto, a los que se añade zylon, un polímero sintético para hacerlos más seguros, y materiales de alto rendimiento óptico, como la cerámica transparente, para fabricar la visera. También los avances en la indumentaria de los pilotos han sido espectaculares en los últimos años. Su objetivo principal es protegerles del fuego, por lo que se fabrican con materiales resistentes a éste, por ejemplo aramid, una tela plástica especial. Los especialistas aseguran que para mejorar el rendimiento de un coche en un segundo se invierten en torno a 15 millones de euros al año; y que el gasto medio de una carrocería ronda los 60 millones de euros, aunque esto depende mucho de la carrocería concreta. Los túneles de viento y las simulaciones por ordenador se utilizan para estudiar la aerodinámica de los monoplaza, su resistencia, etcétera. La F1 mueve mucho dinero, una parte importante, en investigación para mejorar el

11 rendimiento, la seguridad, de los vehículos. Y eso tiene una obvia parte buena, no sólo para la competición, ya que son numerosos los avances tecnológicos nacidos en los circuitos que actualmente están integrados en los coches que usamos diariamente. Por ejemplo el sistema electrónico ABS, que evita que las ruedas se bloqueen en frenadas bruscas; el control de tracción, que evita que las ruedas patinen; o los alerones, que aumentan la fuerza descendente que presiona el coche hacia la pista. Vehículos con nanomateriales o nanovehículos? El monoplaza de Fernando Alonso, y el nanovehículo de El Viaje Fantástico o El Chip Prodigioso. La Nanociencia es, según algunos, la alquimia del siglo XXI, que lo mismo diseña vehículos minúsculos para transportar medicamentos a puntos concretos del cuerpo, que «pinta» de rojo los Ferrari de Alonso y Räikkonën. La principal aportación de la nanotecnología al transporte es y será la de permitir fabricar vehículos más ligeros, seguros y eficientes, menos contaminantes, y además, reciclables. Entre sus aplicaciones concretas destacan las de carácter estructural, gracias a las nuevas aleaciones más ligeras y resistentes, que permiten reducir hasta un 30% el peso del vehículo o mejorar la adherencia y la resistencia a la abrasión de los neumáticos; y las superficies multifuncionales, recubrimientos de gran dureza, resistentes a la abrasión y la corrosión.

12 En el campo de la propulsión también se utilizarán nanomateriales, especialmente en las pilas de hidrógeno, empleadas como elemento motriz, en las que reemplazarán a los combustibles fósiles para conseguir emisiones nulas. El grafeno es un caso muy especial. Según los expertos, el día que se pueda fabricar un coche con este nanomaterial que ha revolucionado la Física de los últimos años, éste será más robusto y pesará menos de la mitad que los actuales. Pero eso no es todo. Usas tu ordenador para trabajar, buscar información en Internet, oír música,? Al hacerlo utilizas tu disco duro, un «almacén» cuya capacidad o tamaño ha crecido de manera exponencial (con un factor de ) en los últimos 30 años. Sin embargo, este crecimiento se ha ralentizado desde hace un tiempo. Pues bien, gracias a Ferrari y al pigmento rojo de sus coches, podremos volver a ver «crecer nuestro disco duro» en un 320% (a temperatura ambiente). Los nanomateriales que la escuderia italiana aplica a su pintura los nanohilos moleculares del llamado DXP, de un nanómetro de diámetro tienen unas características magnéticas que se espera permitan este crecimiento, características que el mejor fabricante de discos duros hasta ahora sólo ha podido reproducir en laboratorio. A decir de algunos expertos, es ésta una revolución científica que, nacida en el mundo de la F1, permitirá mejorar algo tan habitual en nuestras vidas como los ordenadores. Otro beneficio colateral de las carreras. Hablando del color rojo de Ferrari, cómo han cambiado las cosas desde que en los años 20 del siglo pasado Ford dijera que «cualquier cliente puede tener el coche del color que quiera, siempre y cuando lo quiera negro»!

13 Las TIC hacen que un coche actual sea muy diferente a los primeros diseñados por Benz o Daimler? Las tecnologías de la información y las comunicaciones están prácticamente en todo lo que nos rodea, por supuesto, también en el mundo del transporte. Su aplicación a este sector concreto se está produciendo a través de dos vías, la primera, gracias a su incorporación a los vehículos y a los sistemas de control de tráfico; y la segunda, a través de la reducción de la demanda de desplazamientos gracias al uso de servicios apoyados en ellas, como el envío de documentación digitalizada, el tele-trabajo o las compras a distancia. La importancia social, económica y ambiental del transporte es indiscutible. Por una parte, la sociedad valora cada día más la movilidad, que tiene un efecto significativo en su calidad de vida; mientras que, por otra, asocia el transporte a algunos serios problemas ambientales. De ahí que el sector de las TIC esté dedicando gran parte de sus esfuerzos a mejorar los servicios de transporte. Por ejemplo, nadie puede negar que los coches son cada vez más «inteligentes» gracias a las redes, a las tecnologías de la información y comunicación que incorporan. Los vehículos inteligentes son capaces de mejorar la seguridad y reducir el consumo de combustible. La «conectividad» que se está extendiendo a todos los dispositivos que manejamos habitualmente, desde el móvil hasta el televisor, está llegando también a los

14 coches. La comunicación V2V (vehicle to vehicle), V2P (vehículo a peatón) o del vehículo con las señales de tráfico, puede evitar accidentes. Por ejemplo, el protocolo Car-to-X de Mercedes incrementa la seguridad al comunicar un vehículo con otros vehículos e infraestructuras equipados con esta misma tecnología, y proporcionar y procesar en tiempo real información relevante sobre el estado de la circulación, la señalización, etcétera. Este fenómeno de incorporación de las TIC a los vehículos es tan manifiesto que algunos especialistas creen que «el automóvil está evolucionando hacia el concepto de artículo gadget más propio de sectores como la electrónica de consumo.» «Comunicación, internet e intercambio de información en tiempo real son algunos de los pilares básicos donde firmas como Apple o Google están centrando sus esfuerzos para convertir al automóvil en una nueva oportunidad de negocio a través de posibilidades casi infinitas y suculentos beneficios económicos que marearían al más común de los mortales.» Audi, por ejemplo, ha diseñado Connect Wireless Payment, un sistema automatizado de pago en parkings, que permite hacerlo sin bajarse del coche. Las tecnologías utilizadas no son nuevas, lo que es novedoso es cómo se unen y se aplican para algo diferente a lo habitual. El sistema se basa en la comunicación entre el coche y la puerta de acceso del garaje, mediante un radiotransmisor que detecta el paso del vehículo y el tiempo de permanencia, y en cómo se procesa esta información. «De modo parecido a lo que sucede con Google Maps, cada usuario crea su cuenta a través de la web del sistema y desde ahí podrá gestionar y acceder a sus datos». También a través de la web se factura mensualmente a cada cliente la cantidad que corresponda a su uso del aparcamiento.

15 También el gigante Google ha apostado por el sector de la automoción al hacerse con la firma Waze para revolucionar un poco más los servicios de navegación. Su objetivo es convertir el tráfico y a los conductores en una mayúscula red social de increíble potencial. Tampoco Apple ha dudado en adentrarse en los sistemas multimedia de los coches para hacer de sus dispositivos el verdadero y único centro de «infoentretenimiento» gracias a su ios 7. Con ios in the Car podremos conectar nuestro teléfono e interactuar con él usando la pantalla integrada en nuestro coche o los comandos de voz que proporciona Siri, para hacer llamadas, acceder a la música, enviar y recibir mensajes y buscar y conseguir direcciones usando los mapas de Apple, sin tener que apartar la vista de la carretera ni un solo segundo. Y los avances continúan «Has volado alguna vez a Heathrow, el tercer aeropuerto más congestionado del planeta? Aviones que llegan, viajeros que se bajan, combustible que se sube, maletas que bajan, otros de carga, un jet privado con un problema, otro que pide paso porque viene con escasez de combustible, el helicóptero de tráfico Más que un problema administrativo, es estratégico, por eso en el aeropuerto londinense utilizan un software de control aéreo derivado del mismo que realiza las simulaciones de los equipos en una carrera «viva» en la F1. Hay paradas, cambios de gomas, coches que van más rápidos que otros, sale un safety car, empieza a llover es lo mismo, pero con más pasajeros. Si algún día sobrevuelas la capital del Támesis, siéntete controlado de la misma manera y con el mismo programa que Sebastian Vettel.»

16 El software y el mundo del motor «Un Fórmula 1 moderno tiene más de ordenador que de vehículo. La ECU, también llamada «la centralita», registra y emite por radio a boxes los datos recogidos por los aproximadamente 120 sensores repartidos por toda la anatomía de un bólido. Información sobre revoluciones por minuto del motor, ángulo del morro con respecto a la pista, temperatura y presión de los neumáticos, o la marcha engranada entre otros llega a boxes y allí se estudia en tiempo real durante el transcurso de una carrera, todo ello cientos de veces por segundo. Con todos estos datos interrelacionados, los estrategas e ingenieros pueden adivinar qué es lo que va a ocurrir a continuación en según ellos «el vehículo más monitorizado del universo tras una lanzadera espacial».» Y nuestro coche es cuasi también un ordenador? Sí y no. Ahora quien hace un primer testeo de lo que le ocurre cuando lo llevas al taller, no es un mecánico, sino una máquina. Si te falla la apertura o el encendido del motor, o si quieres ir a un sitio en el que nunca antes has estado, saber cuánto has consumido, cuantos kilómetros puedes recorrer hasta que se acabe el combustible, o dónde está la gasolinera más próxima, no superar una velocidad determinada, mantenerte a una distancia fija y prudencial del coche que te precede,... quien tiene la culpa o te ayuda, es el software de tu coche. Ahora algunos autos hasta aparcan solos! La informática se adueña de nuestros coches. Primero con el ABS y la inyección electrónica. Luego empezaron a venir sistemas más complejos: ESP, control de crucero, sensor de luces, aviso de cambio de carril, sistemas de frenado de emergencia,... «También el ocio multimedia llega a nuestros coches, con grandes pantallas para navegadores, reproductores de mp3,

17 TV, etcétera». Todo ello, gracias a un software interno que se actualiza continuamente. También hemos visto cómo muchas veces la misma mecánica (más o menos) ofrece potencias distintas, por ejemplo. «Quizás en el futuro los coches se puedan fabricar iguales todos, pero configurando por software los extras que queremos. Quieres navegador? Se desbloquea y ya puedes disfrutarlo. Quieres toda la potencia del motor? Pues igual. El software también puede servir para personalizar el cuadro de mandos del coche si se usan pantallas tipo LCD, o para descargar aplicaciones al estilo iphone.» La ciencia y la tecnología en el mundo del motor y en el mundo en general Como se demuestra en el mundo del motor, ninguna ciencia podría avanzar tanto si no fuese por las otras. Se podría haber descubierto el grafeno sin el software? Se podría gestionar el tráfico aéreo sin los nuevos desarrollos de las TIC? Sería posible el desarrollo de la ciencia sin un hombre sano, bien alimentado, con tiempo para dedicarse a pensar? Por eso, la ciencia es tan importante para la sociedad. La labor de los científicos es hacer ciencia útil para todos, y también ayudar a que la sociedad haga suya la idea de que la ciencia es valiosa y debe apoyarla.

18 Utilizando algo tan cotidiano como nuestros coches, o tan glamuroso como un F1, se puede comprobar que la ciencia y la tecnología son muy importantes para todos; que no surgen de la nada, sino del trabajo, esfuerzo e ilusión de los investigadores; que cualquiera que tenga interés y no se asuste por el esfuerzo, puede ser investigador; y que es muy importante el apoyo de la sociedad, pues sin él, los científicos no podrán seguir trabajando mucho más tiempo. Su entusiasmo no es suficiente. Hace falta el de todos. Hace falta que todos nos convenzamos de que investigar es cosa de todos, no sólo de los que se «ponen la bata». Desde que hace un siglo y medio comenzaran a circular los primeros coches autopropulsados a 2 km/h han pasado muchas cosas no sólo que ahora el récord de velocidad de un automóvil supere los 430 km/h. Algunas han sido muy buenas y otras muy malas. Lo mejor es que, de gran parte de las primeras «tiene la culpa» la ciencia. El siglo XX vio nacer las aeronaves, el descubrimiento de la penicilina y la invención de otros antibióticos, el desarrollo de la electrónica y la invención de los ordenadores, la conquista del espacio, del físico a través de los viajes espaciales, y del virtual, a través de Internet, el desarrollo de la genética y el descubrimiento de la estructura del ADN, la teoría de la relatividad, y muchas otras cosas, cosas todas ellas que hacen que nuestra vida

19 hoy sea mucho mejor que la de nuestros tatarabuelos, que podían morir de la infección provocada por una simple caries. Vuestro esfuerzo y vuestro apoyo va a servir para sumar a la lista anterior otra muy extensa, que hará que la vida de vuestros bisnietos, sea infinitamente mejor que la vuestra. Eso sí, si veis que se compran un Bugatti, dadles la enhorabuena por lo bien que les va económicamente en la vida, pero empezad a sufrir por si se les ocurre utilizarlo para emular el récord de velocidad (de coches de producción en serie) que tiene la marca según Guinness en 431 km/h!