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Una bicicleta para la sociedad 4.0

Desde que en 1885, aproximadamente, se diseñó y construyó la primera bicicleta de transmisión de cadena muy pocos han sido sus cambios. Actualmente dos jóvenes politécnicos intentan revolucionar este medio de transporte.

Raymundo Sánchez Peregrina y Pablo Méndez Angulo son egresados de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización, de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) Zacatenco del Instituto Politécnico Nacional (IPN), y como tema de tesis propusieron sustituir la cadena de la transmisión de la bicicleta por un sistema hidráulico. Este trabajo les ha tomado mucho más tiempo que el haber desarrollado un proyecto menos ambicioso, pero también los ha llevado mucho más lejos.

El origen de la idea, lo platica Raymundo Sánchez: “Desde niño siempre he andado en bicicleta, así voy a la escuela y así he ido a varios viajes. En una ocasión iba en la bici y se atoró la cadena, salí disparado hacia un vehículo y sufrí una abertura en la cabeza, de allí me surgió la idea de cambiar ese sistema. Cuando cursaba la materia de Diseño de mecanismos, nos pidieron el diseño de un mecanismo innovador y se me ocurrió mostrar este. Yo había tomado certificación de diseño en CAD y cuando se lo mostré al profesor me dijo que era imposible que lo hubiera hecho yo, entonces me di cuenta que era un proyecto muy bueno”.

Después de esta experiencia Raymundo decidió abordar el reto de fabricar una bici que sustituyera la transmisión de cadena por un sistema hidráulico, pero ante lo amplio del trabajo invitó a Pablo Méndez Angulo quien de inmediato se unió a la empresa.

La mayoría de maestros a los que se acercaron no quisieron asesorarlos porque no vieron que fuera una idea plausible, por ese entonces Raymundo entró a hacer su servicio social en el Centro de Investigación en Computación (CIC) del IPN en el Laboratorio de Robótica y Mecatrónica, con el Dr. Juan Humberto Sossa Azuela y la Dra. Elsa Rubio Espino, quienes le preguntaron si tenía en mente algún plan para titularse, el expuso su proyecto y desde ese momento comenzaron a apoyarlos:

“Desde el principio nos dieron acceso al laboratorio y a la impresora 3D, llevamos más de 25 o 30 kilos de PLA impreso, todos nuestro modelos iniciaron en impresión 3D y fue un gran apoyo ya que puedes ver previamente en una simulación y posteriormente ya en un modelo 3D si tu diseño va o no a funcionar. Empezamos a colaborar en mayo de 2016 y desde entonces no hemos parado en cuanto a investigación, porque varias de las máquinas que diseñamos no existían, fue necesario inventarlas. El apoyo del CIC ha sido muchísimo, en todos los aspectos, incluso para conseguir licencias y programas para el diseño.”

Al considerar la cadena de la bici un foco de accidentes se enfocaron en sustituirla y eligieron hacerlo con un sistema hidráulico, pues así continua siendo un vehículo que se mueve exclusivamente por propulsión humana, a diferencia de las bicicletas eléctricas.

Una bicicleta se mueve cuando la persona hace girar con las piernas los pedales que están ensamblados en el cuadro y en el pedal derecho tiene una estrella donde se monta la cadena que a su vez hace girar el piñón (engranes), el cual hace girar la rueda trasera sobre el suelo y provoca el desplazamiento.

La bicicleta de Raymundo y Pablo sustituye la estrella por un generador de flujo (dispositivo hidráulico) que por medio de mangueras envía un fluido (aceite sintético de baja viscosidad) a un grupo de turbinas que reemplazan al piñón. Un multiplexor de flujo hace posible el cambio automático de velocidades dirigiendo el volumen hacia alguna turbina de mayor o menor capacidad.

El generador de flujo, las turbinas y el multiplexor son máquinas para las cuales hicieron solicitud de patente. El Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI), envió ya dos reivindicaciones, lo cual hace que dos de estas máquinas sean ya objeto de patente. Están a la espera de la tercera. Para el desarrollo de los tres mecanismos tuvieron que diseñar y fabricar cerca de 100 elementos como prototipos de prueba.

De forma general, se trata de una bicicleta con cambios automáticos, cuya base de funcionamiento es la transformación de energía mecánica (pedaleo) en energía hidráulica; pero además Raymundo y Pablo se dieron a la tarea de hacer una encuesta donde usuarios asiduos de la bicicleta hacían sugerencias sobre otras mejoras. Uno de los mecanismos diseñado para el cambio de velocidades da la posobilidad de seleccionar el modo manual o automático; así el ciclista no tiene que estar pendiente del momento en que se requiere el cambio. También se incorporaron el control de direccionales y luces frontales.

Raymundo y Pablo también diseñaron y fabricaron una interfaz humano-máquina, una pantalla táctil que va en el manubrio y que sirve para ajustar la suspensión, haciéndola más suave o rígida. Gracias a este control una gama enorme servicios y aplicaciones podrían incorporarse con el uso de WiFi o GPS lo cual le hace un proyecto atractivo para la industria 4.0. Para la parte electrónica contaron con la ayuda de Luis Ángel Rodríguez Irisson, quien es alumno de la la Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas (UPIITA) del IPN y se unió al equipo como parte de su servicio social.

Otro puerta que este proyecto abrió a los jóvenes politécnicos fue la de hacer uso del Laboratorio de la Red de Expertos en Robótica y Mecatrónica, que se ubica en la UPIITA. Lo cual les permitió hacer su propia manufactura de piezas, ya que algunas eran muy complejas, incluso una requirió ser fabricada en impresión 3D y reforzarla con un esqueleto de metal.

El potencial de esta idea les valió para que el Dr. Juan Humberto Sossa, Jefe del Laboratorio de Robótica y Mecatrónica del CIC-IPN, incluyera esta propuesta en el proyecto insignia del IPN que se enfoca a la movilidad urbana; así que le llamaron “La Revolución de la bicicleta en la era 4.0”.

En noviembre de este año esperan tener listo el prototipo funcional, medir algunas variables de los cambios de las velocidades en la bicicleta para ajustar los algoritmos e incorporarlos al sistema de control.

Aunque no han calculado el costo de una bicicleta comercial con estas prestaciones, por ahora, resultaría más elevado que el de una bici tradicional, pero el objetivo de sustituir la cadena en busca de más seguridad para el ciclista e innovar en una tecnología que prácticamente no ha tenido cambios resulta una aventura sobresaliente.

En el futro inmediato Raymundo piensa realizar un posgrado en el extranjero y Pablo incorporarse al mundo laboral, pero aunque saben que sería difícil conformar una empresa que fabricara estas bicicletas, vislumbran que el licenciamiento de esta tecnología sería una forma de ver su trabajo consumado.

Actualmente marcas como Ferrari, Mercedes-Benz, Porsche, BMW, McLaren y Maserati y hasta Apple, han lanzado al mercado modelos de bicicletas deportivas y de lujo, así que licenciar una nueva tecnología podría ser una opción atractiva para uno de estos gigantes, toda vez que esta innovación podría iniciar una Revolución en la bicicleta para la sociedad 4.0.