Inventor adolescente dice: Debe haber una mejor manera
Los inventores ficticios a menudo se ven trabajando duro en laboratorios grandes y elegantes. El estudio de Tony Stark lo rodea con pantallas holográficas. Jimmy Neutron esconde aparatos en un enorme escondite subterráneo. Willy Wonka tiene una fábrica entera. Pero la innovación en el mundo real no requiere combinaciones tan delicadas. Pregúntele a los finalistas de la búsqueda de talentos científicos de Regeneron de este año.
Este evento anual es la principal competencia de ciencias y matemáticas del país para estudiantes de secundaria. Es administrado por la Sociedad Científica. (La Sociedad Científica también publica Noticias de ciencias para estudiantes.) Cada año, 40 finalistas compiten por más de $1.8 millones en premios y exhiben sus propias hazañas de ciencia e ingeniería.
La alineación de 2022 incluye a varios jóvenes inventores que han convertido sótanos, baños y garajes en talleres. La tecnología casera de los adolescentes podría mejorar las prótesis, los sistemas de alerta de terremotos y los viajes aéreos.
La intriga es más importante que la máquina.
El objetivo de Ben Choi es simple: construir máquinas que puedan leer la mente.
Cuando tenía unos ocho años, Ben quedó fascinado con las prótesis controladas por la mente. Vio un documental sobre estas prótesis, que están controladas por dispositivos implantados en el cerebro. «Estaba realmente sorprendido», recuerda el estudiante de último año de 17 años de la Escuela Potomac en McLean, Virginia. “Pero también muy impactante.” La implantación de electrodos requiere una peligrosa cirugía cerebral. Y esas prótesis cuestan cientos de miles de dólares.
«Realmente no son tan accesibles», dijo Ben. «Esto siempre me ha molestado.»
En 2020, Ben se propuso construir su propio brazo biónico no invasivo y de bajo costo. Instaló una tienda en una mesa de ping pong en el sótano. Su primer prototipo se hizo con una pequeña impresora 3D que le prestó su hermana. Después de actualizar sus diseños más de 75 veces, Ben ahora presenta una versión refinada del brazo utilizando resina de grado industrial. Todavía costó menos de $ 300 para hacer.
Los brazos están controlados por electrodos que se colocan en la frente. Estos sensores escuchan a escondidas la actividad eléctrica del cerebro, u ondas cerebrales. Considere que diferentes movimientos del brazo, como agitar una mano o cerrar el puño, producen diferentes patrones de ondas cerebrales. Los sistemas de inteligencia artificial o IA descifran estas ondas cerebrales para mover el brazo robótico.
Los sistemas de inteligencia artificial deben estar entrenados para interpretar estas ondas cerebrales. Ben recolectó datos de ondas cerebrales de voluntarios en la escuela y en casa. «De estos participantes, recolecté alrededor de una hora o dos de actividad de ondas cerebrales», dijo. “Son miles de puntos de datos.” Estudiar esos datos ayuda a los sistemas de IA a aprender a leer la mente.
En las primeras pruebas, el brazo robótico de Ben demostró ser tan flexible como las mejores prótesis controladas por el cerebro del mundo, dijo. Estos resultados necesitan ser confirmados en ensayos clínicos. Pero si se mantienen firmes, el brazo biónico podría cambiar las reglas del juego para la tecnología protésica. ¿Por qué detenerse en el brazo biónico? Sistemas de IA similares podrían algún día controlar sillas de ruedas para leer la mente u otros dispositivos.
Detector de terremotos personal
La inspiración de la invención de Vivien He está más cerca de casa. Ella es estudiante de último año en la Escuela Secundaria Palos Verdes Peninsula en Rolling Hills Estates, California. La joven de 18 años, que creció en el sur de California, pasó mucho tiempo acurrucada debajo de su escritorio durante los simulacros de terremoto. Estos temblores de tierra son los desastres naturales más mortíferos del mundo. Y son impredecibles.
Existen sistemas de alerta de terremotos. Uno de ellos es el sistema ShakeAlert en la costa oeste de EE. UU. Las estaciones sísmicas de la red ShakeAlert pueden detectar vibraciones del suelo cuando ocurren terremotos. Las estaciones servirían entonces como un recordatorio de que el suelo debajo de ellas pronto podría comenzar a retumbar. Pero es difícil predecir cuánto temblará el suelo en un lugar determinado. Los más cercanos a la fuente del terremoto no tienen suerte. Sentirán las vibraciones antes de ser alertados.
Para dar a las personas una mejor idea del suelo bajo sus pies, Vivien construyó un sensor sísmico doméstico. «Me gusta compararlo con un detector de humo, pero para terremotos», dijo. El dispositivo, llamado Qube, utiliza sensores de movimiento llamados geófonos para detectar los leves temblores que podrían marcar el comienzo de un terremoto mayor. Luego puede advertir a los usuarios haciendo sonar una alerta o enviando una alerta de texto.
Qube es del tamaño de un cubo de Rubik y su fabricación cuesta menos de 100 dólares. Para hacerlo, Vivien compró una máquina de soldar y vio videos de YouTube para aprender a usarla. Luego se va a trabajar en un baño de invitados. «Siempre he sido una persona muy práctica», dijo. Le resulta divertido armar cada nuevo Qube, generalmente con una película vieja de fondo.
Durante nueve meses de prueba, el Qube de Vivien detectó todos los terremotos de magnitud 3 o mayor en Los Ángeles. Los datos de movimiento capturados por su Qube también coincidieron con los datos de sismómetros cercanos en la Red Sísmica del Sur de California.viviana compartió estos resultados en diciembre Cartas de investigación sísmica.
Vivien ahora está construyendo una red de Qubes alrededor de Los Ángeles. «Tengo ocho dispositivos en diferentes hogares», dijo. Una red extensa de Qube puede desempeñar un papel similar al de la estación sísmica ShakeAlert. Cuando un Qube comienza a vibrar, puede alertar a los usuarios de la ciudad de un terremoto inminente. Pero a diferencia de las estaciones sísmicas, las Qubes son pequeñas y económicas. Por lo tanto, se pueden instalar más equipos alrededor de la ciudad.
El objetivo final, dijo Vivien, es construir una red sísmica de bajo costo en áreas de bajos ingresos que pueden ser más vulnerables a los terremotos. «Quiero poder construir una red como la que estoy construyendo ahora mismo en este tipo de comunidades en todo el mundo».
reinventando el ala
Al igual que Ben y Vivien, Ethan Wong, de 17 años, está reinventando la tecnología existente. Su enfoque: aviones.
Casi todos los aviones tienen colas. La cola evita que la aeronave gire el morro durante un giro. La estructura aumenta la estabilidad pero reduce el peso de la aeronave. Las alas especialmente diseñadas pueden desempeñar el mismo papel que la cola. Esto puede mejorar la eficiencia de los vuelos y reducir el costo ambiental de los viajes aéreos. Pero hay un problema. Estas alas tienen que torcerse de forma muy precisa, lo que las hace difíciles de fabricar.
Ethan quedó fascinado con el diseño de este avión cuando vio un video El avión Plant-D de la NASA Se desliza con gracia por el aire sin cola. «Pensé que era realmente genial», dijo Ethan. Él es un estudiante de último año en Arcadia High School en California. Ethan construye modelos de aviones por diversión. Se preguntó si podría encontrar una manera más fácil de lograr el mismo vuelo sin cola.
«Básicamente, lo que hice fue prueba y error», dijo Ethan. Usando un modelo de computadora del ala de un avión, ajustó el ángulo de giro del ala hasta que pudo volar sin cola. Por lo general, tales alas «requieren una distribución continua del giro del ala», dijo Ethan. Pero puede lograr un efecto similar con solo unas pocas secciones retorcidas de alas. «Súper fácil de hacer».
En su garaje, Ethan usó espuma y cinta de embalaje para construir modelos de aviones para probar sus diseños. «Fue genial ver el avión en el aire», dijo Eason. «Vuela muy, muy bien».
Los aviones más ligeros y eficientes podrían abrir la puerta a otras innovaciones en el transporte aéreo. «Uno de mis objetivos a largo plazo es construir un avión con energía solar que pueda funcionar con paneles solares en las alas y volar todo el día», dijo Eason. «Definitivamente es posible para un avión realmente eficiente».
Para otros adolescentes que quieren explorar grandes ideas de ingeniería, Ethan tiene una palabra: persistencia. «Nunca te rindas», dijo. Incluso si algunas máquinas parecen incomprensibles, ayuda recordar que los mayores inventores del mundo fueron solo humanos. «Además, solo asegúrate de que amas lo que haces», agrega Ethan. «Hará que sea mucho más fácil perseguir todo».
