Ingeniería

Las pirámides del antiguo Egipto , los zigurats de Mesopotamia , la Acrópolis y el Partenón en Grecia , los acueductos romanos , ^{[ 11 ]} la Vía Apia y el Coliseo , Teotihuacán y el Templo Brihadeeswarar de Thanjavur , entre muchos otros, son testimonio del ingenio y la habilidad de los ingenieros civiles y militares de la antigüedad. Otros monumentos, que ya no existen, como los Jardines Colgantes de Babilonia y el Faro de Alejandría , fueron importantes logros de la ingeniería de su época y se consideraban entre las Siete Maravillas del Mundo Antiguo . ^{[ 12 ]}

Las seis máquinas simples clásicas eran conocidas en el antiguo Cercano Oriente . La cuña y el plano inclinado (rampa) eran conocidos desde tiempos prehistóricos . ^{[ 13 ]} La rueda , junto con el mecanismo de rueda y eje , fue inventada en Mesopotamia (actual Irak) durante el V milenio a. C. ^{[ 14 ]} El mecanismo de palanca apareció por primera vez hace unos 5000 años en el Cercano Oriente , donde se utilizó en una balanza simple , ^{[ 15 ]} y para mover objetos grandes en la tecnología egipcia . ^{[ 16 ]} La palanca también se utilizó en el dispositivo de elevación de agua shadoof , la primera máquina grúa , que apareció en Mesopotamia c. 3000  a. C., ^{[ 15 ]} y luego en la tecnología egipcia c. 2000 a. C. ^{[ 17 ]} La evidencia más antigua de poleas se remonta a Mesopotamia a principios del segundo milenio a. C., ^{[ 18 ]} y al antiguo Egipto durante la Duodécima Dinastía (1991–1802 a. C.). ^{[ 19 ]} El tornillo , la última de las máquinas simples en ser inventada, ^{[ 20 ]} apareció por primera vez en Mesopotamia durante el período neoasirio (911–609) a. C. ^{[ 18 ]} Las pirámides egipcias fueron construidas utilizando tres de las seis máquinas simples, el plano inclinado, la cuña y la palanca, para crear estructuras como la Gran Pirámide de Giza . ^{[ 21 ]}

El primer ingeniero civil conocido por su nombre es Imhotep . ^{[ 6 ]} Como uno de los funcionarios del faraón Djoser , probablemente diseñó y supervisó la construcción de la Pirámide de Djoser (la Pirámide Escalonada ) en Saqqara , Egipto, alrededor del 2630-2611 a. C. ^{[ 22 ]} Las primeras máquinas prácticas impulsadas por agua , la rueda hidráulica y el molino de agua , aparecieron por primera vez en el Imperio Persa , en lo que hoy son Irak e Irán, a principios del siglo IV a. C. ^{[ 23 ]}

Kush desarrolló el Sakia durante el siglo IV a. C., que dependía de la fuerza animal en lugar de la energía humana. ^{[ 24 ]} Los Hafirs se desarrollaron como un tipo de depósito en Kush para almacenar y contener agua, así como para impulsar el riego. ^{[ 25 ]} Los ancestros kushitas construyeron speos durante la Edad del Bronce entre 3700 y 3250 a. C. ^{[ 26 ]} También se crearon hornos de fundición y altos hornos durante los siglos VII a. C. en Kush. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} Se diseñaron y construyeron barcos de navegación construidos con tablones de madera durante la Edad del Bronce, como lo demuestra el naufragio de Uluburun , datado alrededor del 1300 a. C. ^{[ 31 ]}

La antigua Grecia desarrolló máquinas tanto en el ámbito civil como en el militar, como lo demuestran los escritos de Filón de Bizancio y otros. ^{[ 32 ]} El mecanismo de Anticitera , una de las primeras computadoras analógicas mecánicas conocidas , ^{[ 33 ] [ 34 ]} y los inventos mecánicos de Arquímedes , son ejemplos de la ingeniería mecánica griega. Algunos de los inventos de Arquímedes, así como el mecanismo de Anticitera, requerían un conocimiento sofisticado de engranajes diferenciales o epicíclicos , dos principios clave en la teoría de máquinas que ayudaron a diseñar los trenes de engranajes de la Revolución Industrial y que se utilizan ampliamente en campos como la robótica y la ingeniería automotriz . ^{[ 35 ]}

Los antiguos ejércitos chinos, griegos, romanos y hunos emplearon máquinas militares e inventos como la artillería , desarrollada por los griegos alrededor del siglo IV a. C., ^{[ 36 ]} la trirreme , la balista y la catapulta , y el trabuquete por los chinos alrededor de los siglos VI-V a. C. ^{[ 37 ]}

Las primeras máquinas prácticas impulsadas por el viento , el molino de viento y la bomba de viento , aparecieron por primera vez en el mundo musulmán durante la Edad de Oro islámica , en lo que hoy son Irán, Afganistán y Pakistán, hacia el siglo IX d. C. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} La primera máquina práctica impulsada por vapor fue un gato de vapor accionado por una turbina de vapor , descrito en 1551 por Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf en el Egipto otomano . ^{[ 42 ] [ 43 ]}

La desmotadora de algodón se inventó en la India hacia el siglo VI d. C. ^{[ 44 ]} , y la rueca se inventó en el mundo islámico a principios del siglo XI ^{[ 45 ],} ambas fundamentales para el crecimiento de la industria algodonera . La rueca también fue precursora de la máquina de hilar , un desarrollo clave durante la primera Revolución Industrial en el siglo XVIII ^{[ 46 ]} .

Las primeras máquinas programables se desarrollaron en el mundo musulmán. Un secuenciador musical , un instrumento musical programable , fue el primer tipo de máquina programable. El primer secuenciador musical fue un flautista automático inventado por los hermanos Banu Musa , descrito en su Libro de Dispositivos Ingeniosos , en el siglo IX. ^{[ 47 ] [ 48 ]} En 1206, Al-Jazari inventó autómatas / robots programables . Describió cuatro músicos autómatas , incluyendo percusionistas operados por una caja de ritmos programable , que podían tocar diferentes ritmos y diferentes patrones de batería. ^{[ 49 ]}

Antes del desarrollo de la ingeniería moderna, las matemáticas eran utilizadas por artesanos y obreros, como molineros , relojeros , fabricantes de instrumentos y topógrafos. Aparte de estas profesiones, no se creía que las universidades tuvieran mucha importancia práctica para la tecnología. ^{[ 50 ] : 32}

Una referencia estándar sobre el estado de las artes mecánicas durante el Renacimiento se encuentra en el tratado de ingeniería minera De re metallica (1556), que también incluye secciones sobre geología, minería y química. De re metallica fue la referencia estándar de química durante los siguientes 180 años. ^{[ 50 ]}

La ciencia de la mecánica clásica , a veces llamada mecánica newtoniana, constituyó la base científica de gran parte de la ingeniería moderna. ^{[ 50 ]} Con el auge de la ingeniería como profesión en el siglo XVIII, el término se aplicó de forma más restringida a los campos en los que las matemáticas y la ciencia se aplicaban a estos fines. De manera similar, además de la ingeniería militar y civil, los campos entonces conocidos como artes mecánicas se incorporaron a la ingeniería.

La construcción de canales fue una importante obra de ingeniería durante las primeras fases de la Revolución Industrial . ^{[ 51 ]}

John Smeaton fue el primer ingeniero civil autoproclamado y a menudo se le considera el "padre" de la ingeniería civil. Fue un ingeniero civil inglés responsable del diseño de puentes , canales, puertos y faros . También fue un ingeniero mecánico competente y un físico eminente . Utilizando una rueda hidráulica modelo, Smeaton realizó experimentos durante siete años, determinando formas de aumentar la eficiencia. ^{[ 52 ] : 127} Smeaton introdujo ejes y engranajes de hierro en las ruedas hidráulicas. ^{[ 50 ] : 69} Smeaton también realizó mejoras mecánicas en la máquina de vapor de Newcomen . Smeaton diseñó el tercer faro de Eddystone (1755-1759) donde fue pionero en el uso de la " cal hidráulica " (una forma de mortero que fragua bajo el agua) y desarrolló una técnica que implicaba bloques de granito con cola de milano en la construcción del faro. Su figura es importante en la historia, el redescubrimiento y el desarrollo del cemento moderno , porque identificó los requisitos de composición necesarios para obtener "hidraulicidad" en la cal; un trabajo que, en última instancia, condujo a la invención del cemento Portland .

La ciencia aplicada condujo al desarrollo de la máquina de vapor. La secuencia de eventos comenzó con la invención del barómetro y la medición de la presión atmosférica por Evangelista Torricelli en 1643, la demostración de la fuerza de la presión atmosférica por Otto von Guericke utilizando los hemisferios de Magdeburgo en 1656, los experimentos de laboratorio de Denis Papin , quien construyó modelos experimentales de máquinas de vapor y demostró el uso de un pistón , que publicó en 1707. Edward Somerset, segundo marqués de Worcester, publicó un libro de 100 inventos que contenía un método para elevar agua similar a una cafetera . Samuel Morland , matemático e inventor que trabajó en bombas , dejó notas en la Oficina de Artillería de Vauxhall sobre un diseño de bomba de vapor que Thomas Savery leyó. En 1698, Savery construyó una bomba de vapor llamada "The Miner's Friend". Empleaba tanto vacío como presión. ^{[ 53 ]} No se sabe que el comerciante de hierro Thomas Newcomen , quien construyó la primera máquina de vapor de pistón comercial en 1712, tuviera formación científica. ^{[ 52 ] : 32}

La aplicación de cilindros sopladores de hierro fundido accionados por vapor para proporcionar aire a presión a los altos hornos condujo a un gran aumento en la producción de hierro a finales del siglo XVIII. Las temperaturas más altas del horno, posibles gracias al soplado accionado por vapor, permitieron el uso de más cal en los altos hornos , lo que posibilitó la transición del carbón vegetal al coque . ^{[ 54 ]} Estas innovaciones redujeron el costo del hierro, haciendo viables los ferrocarriles de caballos y los puentes de hierro. El proceso de pudelación , patentado por Henry Cort en 1784, produjo grandes cantidades de hierro forjado. El soplado en caliente , patentado por James Beaumont Neilson en 1828, redujo considerablemente la cantidad de combustible necesaria para fundir el hierro. Con el desarrollo de la máquina de vapor de alta presión, la relación potencia-peso de las máquinas de vapor hizo posible la construcción de barcos de vapor y locomotoras. ^{[ 55 ]} Los nuevos procesos de fabricación de acero, como el proceso Bessemer y el horno de hogar abierto, dieron paso a un área de ingeniería pesada a finales del siglo XIX.

Uno de los ingenieros más famosos de mediados del siglo XIX fue Isambard Kingdom Brunel , quien construyó ferrocarriles, astilleros y barcos de vapor. ^{[ 56 ]} Otras figuras destacadas de la ingeniería de este período incluyen a Nikola Tesla , prolífico inventor de aplicaciones eléctricas; ^{[ 57 ]} Alexander Graham Bell , inventor del primer teléfono práctico ; ^{[ 58 ]} George Stephenson , pionero del transporte ferroviario; ^{[ 59 ]} y Nicolaus Otto , diseñador del primer motor de combustión interna moderno . ^{[ 60 ]}

La Revolución Industrial generó una demanda de maquinaria con piezas metálicas, lo que impulsó el desarrollo de diversas máquinas herramienta . El mandrinado de cilindros de hierro fundido con precisión no fue posible hasta que John Wilkinson inventó su mandrinadora , considerada la primera máquina herramienta . ^{[ 61 ]} Otras máquinas herramienta incluyeron el torno de roscar , la fresadora , el torno revólver y la cepilladora de metal . Las técnicas de mecanizado de precisión se desarrollaron en la primera mitad del siglo XIX. Estas incluían el uso de guías para dirigir la herramienta de mecanizado sobre la pieza y dispositivos de sujeción para mantenerla en la posición correcta. Las máquinas herramienta y las técnicas de mecanizado capaces de producir piezas intercambiables propiciaron la producción fabril a gran escala a finales del siglo XIX. ^{[ 62 ]}

El censo de Estados Unidos de 1850 incluyó por primera vez la ocupación de "ingeniero" con un recuento de 2000. ^{[ 63 ]} Había menos de 50 graduados en ingeniería en los EE. UU. antes de 1865. El primer doctorado en ingeniería (técnicamente, ciencia aplicada e ingeniería ) otorgado en los Estados Unidos fue para Josiah Willard Gibbs en la Universidad de Yale en 1863; también fue el segundo doctorado en ciencias otorgado en los EE. UU. ^{[ 64 ]} En 1870 había una docena de graduados en ingeniería mecánica en los EE. UU., y ese número aumentó a 43 por año en 1875. En 1890, había 6000 ingenieros en ingeniería civil, minera , mecánica y eléctrica. ^{[ 55 ]} No hubo cátedra de mecanismo aplicado y mecánica aplicada en Cambridge hasta 1875, y no hubo cátedra de ingeniería en Oxford hasta 1907. Alemania estableció universidades técnicas antes. ^{[ 65 ]}

Los fundamentos de la ingeniería eléctrica en el siglo XIX incluyeron los experimentos de Alessandro Volta , Michael Faraday , Georg Ohm y otros, así como la invención del telégrafo eléctrico en 1816 y del motor eléctrico en 1872. El trabajo teórico de James Maxwell (véase: ecuaciones de Maxwell ) y Heinrich Hertz a finales del siglo XIX dio origen al campo de la electrónica . Las posteriores invenciones del tubo de vacío y el transistor aceleraron aún más el desarrollo de la electrónica hasta tal punto que actualmente los ingenieros eléctricos y electrónicos superan en número a sus colegas de cualquier otra especialidad de ingeniería. ^{[ 6 ]}

La ingeniería química se desarrolló a finales del siglo XIX. ^{[ 6 ]} La fabricación a escala industrial exigió nuevos materiales y nuevos procesos, y hacia 1880 la necesidad de producción química a gran escala fue tal que se creó una nueva industria, dedicada al desarrollo y la fabricación a gran escala de productos químicos en nuevas plantas industriales. ^{[ 6 ]} El papel del ingeniero químico consistía en el diseño de estas plantas y procesos químicos. ^{[ 6 ]}

La ciencia de los materiales, que originalmente derivaba de la fabricación de cerámica y su supuesta metalurgia derivada, es una de las formas más antiguas de ingeniería. ^{[ 66 ]} La ciencia moderna de los materiales evolucionó directamente de la metalurgia , que a su vez evolucionó del uso del fuego. Elementos importantes de la ciencia moderna de los materiales fueron producto de la carrera espacial : la comprensión y la ingeniería de las aleaciones metálicas , y los materiales de sílice y carbono , utilizados en la construcción de vehículos espaciales que permitieron la exploración del espacio. La ciencia de los materiales ha impulsado, y ha sido impulsada por, el desarrollo de tecnologías revolucionarias como los cauchos , los plásticos , los semiconductores y los biomateriales .

La ingeniería aeronáutica se ocupa del proceso de diseño de aeronaves , mientras que la ingeniería aeroespacial es un término más moderno que amplía el alcance de la disciplina al incluir el diseño de naves espaciales . Sus orígenes se remontan a los pioneros de la aviación a principios del siglo XX, aunque el trabajo de Sir George Cayley se ha datado recientemente en la última década del siglo XVIII. El conocimiento inicial de la ingeniería aeronáutica era en gran medida empírico, con algunos conceptos y habilidades importados de otras ramas de la ingeniería. ^{[ 67 ]} Tan solo una década después de los exitosos vuelos de los hermanos Wright , se produjo un extenso desarrollo de la ingeniería aeronáutica mediante el desarrollo de aeronaves militares que se utilizaron en la Primera Guerra Mundial . Mientras tanto, la investigación para proporcionar una base científica fundamental continuó combinando la física teórica con experimentos.

Los ingenieros utilizan sus conocimientos de ciencia , matemáticas , lógica , economía y la experiencia o el conocimiento tácito pertinente para encontrar soluciones adecuadas a un problema específico. La creación de un modelo matemático apropiado del problema a menudo les permite analizarlo (a veces de forma definitiva) y probar posibles soluciones. ^{[ 82 ]}

Generalmente existen varias soluciones para un problema de diseño, por lo que las diferentes opciones deben evaluarse según sus méritos antes de elegir la más adecuada. ^{[ 83 ]} Genrich Altshuller , tras recopilar estadísticas sobre un gran número de patentes , sugirió que los compromisos son fundamentales en los diseños de ingeniería de " bajo nivel ", mientras que en un nivel superior el mejor diseño es aquel que elimina la contradicción central que causa el problema. ^{[ 84 ]}

Los ingenieros suelen intentar predecir el rendimiento de sus diseños según las especificaciones antes de la producción a gran escala. Para ello, utilizan, entre otras cosas: prototipos , modelos a escala , simulaciones , ensayos destructivos , ensayos no destructivos y ensayos de resistencia . Las pruebas garantizan que los productos funcionen según lo previsto, pero solo en la medida en que dichas pruebas sean representativas de su uso en servicio. En el caso de productos como las aeronaves, que son utilizados de forma diferente por distintos usuarios, cabe esperar fallos y deficiencias inesperadas (y los cambios de diseño necesarios) a lo largo de la vida útil del producto. ^{[ 85 ]}

Los ingenieros asumen la responsabilidad de producir diseños que funcionen según lo previsto y que, salvo aquellos empleados en áreas específicas de la industria armamentística , no causen daño a las personas. Por lo general, los ingenieros incluyen un margen de seguridad en sus diseños para reducir el riesgo de fallos inesperados. Esta filosofía se plasma en el Credo de Cicerón , considerado hoy el código ético original del ingeniero. Su lema, salus populi suprema lex esto , se traduce como «la salud (o la seguridad, o el bienestar) del pueblo será la ley suprema». ^{[ 86 ]}

El estudio de productos defectuosos se conoce como ingeniería forense . Su objetivo es identificar la causa de la falla para permitir un rediseño del producto y así prevenir su recurrencia. Se requiere un análisis cuidadoso para establecer la causa de la falla de un producto. Las consecuencias de una falla pueden variar en gravedad, desde el costo menor de una avería de máquina hasta una gran pérdida de vidas en el caso de accidentes que involucran aeronaves y grandes estructuras fijas como edificios y presas. ^{[ 87 ]} Estos desastres de ingeniería a gran escala pueden surgir de atajos o errores en el proceso de diseño, como cálculos erróneos y falta de comunicación. ^{[ 88 ]} También pueden ocurrir como resultado de fallas por fatiga debido a estrés , temperatura o corrosión . ^{[ 89 ]} El software informático defectuoso también puede influir. ^{[ 90 ]}

Como en todos los proyectos científicos y tecnológicos modernos, las computadoras y el software desempeñan un papel cada vez más importante. Además del software típico de aplicaciones empresariales , existen diversas aplicaciones asistidas por computadora ( tecnologías asistidas por computadora ) específicas para la ingeniería. ^{[ 91 ]} Las computadoras pueden utilizarse para generar modelos de procesos físicos fundamentales, que pueden resolverse mediante métodos numéricos . ^{[ 92 ]}

Una de las herramientas de diseño más utilizadas en la profesión es el software de diseño asistido por computadora (CAD). Este permite a los ingenieros crear  modelos 3D,  dibujos 2D y esquemas de sus diseños. El CAD, junto con el software de maquetación digital (DMU) y CAE , como el análisis por el método de elementos finitos o el método de elementos analíticos, permite a los ingenieros crear modelos de diseños que pueden analizarse sin necesidad de realizar prototipos físicos costosos y que consumen mucho tiempo. ^{[ 93 ]}

Estos sistemas permiten comprobar si los productos y componentes presentan fallos; evaluar el ajuste y el montaje; estudiar la ergonomía; y analizar las características estáticas y dinámicas de los sistemas, como tensiones, temperaturas, emisiones electromagnéticas, corrientes y tensiones eléctricas, niveles lógicos digitales, flujos de fluidos y cinemática. El acceso y la distribución de toda esta información se organizan generalmente mediante software de gestión de datos de producto . ^{[ 94 ]}

También existen muchas herramientas para apoyar tareas de ingeniería específicas, como el software de fabricación asistida por computadora (CAM) para generar instrucciones de mecanizado CNC ; ^{[ 95 ]} software de gestión de procesos de fabricación para ingeniería de producción ; ^{[ 96 ]} EDA para placas de circuito impreso (PCB) ^{[ 97 ]} y esquemas de circuitos para ingenieros electrónicos; aplicaciones MRO para la gestión del mantenimiento; y software de arquitectura, ingeniería y construcción (AEC) para ingeniería civil. ^{[ 98 ]}

En los últimos años, el uso de software informático para ayudar al desarrollo de bienes se ha conocido colectivamente como gestión del ciclo de vida del producto (PLM). ^{[ 99 ]}

Muchas sociedades de ingeniería han establecido códigos de práctica y códigos de ética para guiar a sus miembros e informar al público en general. El código de ética de la Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales establece:

La ingeniería es una profesión importante y que requiere mucha erudición. Como miembros de esta profesión, se espera que los ingenieros demuestren los más altos estándares de honestidad e integridad. La ingeniería tiene un impacto directo y vital en la calidad de vida de todas las personas. Por consiguiente, los servicios que prestan los ingenieros exigen honestidad, imparcialidad, equidad y justicia, y deben estar dedicados a la protección de la salud, la seguridad y el bienestar públicos. Los ingenieros deben desempeñarse bajo un estándar de conducta profesional que exige la adhesión a los más altos principios de ética. ^{[ 113 ]}

En Canadá, los ingenieros usan el Anillo de Hierro como símbolo y recordatorio de las obligaciones y la ética asociadas con su profesión. ^{[ 114 ]}

Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean un mundo que nunca ha existido.

Existe una superposición entre las ciencias y la práctica de la ingeniería; en ingeniería, se aplica la ciencia. Ambas áreas se basan en la observación precisa de materiales y fenómenos. Ambas utilizan las matemáticas y criterios de clasificación para analizar y comunicar las observaciones.

Los científicos también pueden tener que realizar tareas de ingeniería, como diseñar aparatos experimentales o construir prototipos. Por el contrario, en el proceso de desarrollo tecnológico, los ingenieros a veces se encuentran explorando nuevos fenómenos, convirtiéndose así, por el momento, en científicos o, más precisamente, en "científicos de la ingeniería". ^{[ 118 ]}

En el libro Lo que los ingenieros saben y cómo lo saben , ^{[ 119 ]} Walter Vincenti afirma que la investigación en ingeniería tiene un carácter diferente al de la investigación científica. En primer lugar, a menudo se ocupa de áreas en las que la física o la química básicas se comprenden bien, pero los problemas en sí son demasiado complejos para resolverlos de manera exacta.

Hay una diferencia "real e importante" entre la ingeniería y la física, como en cualquier campo científico que tenga que ver con la tecnología. ^{[ 120 ] [ 121 ]} La física es una ciencia exploratoria que busca el conocimiento de los principios, mientras que la ingeniería utiliza el conocimiento para las aplicaciones prácticas de los principios. La primera equipara una comprensión a un principio matemático, mientras que la segunda mide las variables involucradas y crea tecnología. ^{[ 122 ] [ 123 ] [ 124 ]} Para la tecnología, la física es un auxiliar y, en cierto modo, la tecnología se considera física aplicada. ^{[ 125 ]} Aunque la física y la ingeniería están interrelacionadas, no significa que un físico esté capacitado para hacer el trabajo de un ingeniero. Un físico normalmente requeriría una formación adicional y pertinente. ^{[ 126 ]} Los físicos y los ingenieros se dedican a diferentes líneas de trabajo. ^{[ 127 ]} Pero los físicos con doctorado que se especializan en sectores de física de la ingeniería y física aplicada reciben los títulos de Oficial de Tecnología, Ingenieros de I+D e Ingenieros de Sistemas. ^{[ 128 ]}

Un ejemplo de esto es el uso de aproximaciones numéricas a las ecuaciones de Navier-Stokes para describir el flujo aerodinámico sobre una aeronave, o el uso del método de elementos finitos para calcular las tensiones en componentes complejos. En segundo lugar, la investigación en ingeniería emplea muchos métodos semiempíricos que son ajenos a la investigación científica pura, un ejemplo de ello es el método de variación de parámetros. ^{[ 129 ]}

Como afirman Fung et al. en la revisión del texto clásico de ingeniería Fundamentos de Mecánica de Sólidos :

La ingeniería es bastante diferente de la ciencia. Los científicos intentan comprender la naturaleza. Los ingenieros intentan crear cosas que no existen en la naturaleza. Los ingenieros hacen hincapié en la innovación y la invención. Para materializar una invención, el ingeniero debe plasmar su idea en términos concretos y diseñar algo que la gente pueda usar. Ese algo puede ser un sistema complejo, un dispositivo, un aparato, un material, un método, un programa informático, un experimento innovador, una nueva solución a un problema o una mejora de lo que ya existe. Dado que un diseño debe ser realista y funcional, debe tener definidos sus datos de geometría, dimensiones y características. En el pasado, los ingenieros que trabajaban en nuevos diseños se encontraban con que no disponían de toda la información necesaria para tomar decisiones de diseño. La mayoría de las veces, se veían limitados por la falta de conocimientos científicos. Por ello, estudiaban matemáticas , física , química , biología y mecánica . A menudo tenían que ampliar sus conocimientos a las ciencias relevantes para su profesión. Así nacieron las ciencias de la ingeniería. ^{[ 130 ]}

Aunque las soluciones de ingeniería utilizan principios científicos, los ingenieros también deben tener en cuenta la seguridad, la eficiencia, la economía, la fiabilidad y la constructibilidad o facilidad de fabricación, así como el medio ambiente y las consideraciones éticas y legales, como la infracción de patentes o la responsabilidad en caso de fallo de la solución. ^{[ 131 ]}

El estudio del cuerpo humano, si bien desde distintas perspectivas y con diferentes propósitos, constituye un importante vínculo común entre la medicina y algunas disciplinas de la ingeniería. La medicina busca mantener, reparar, mejorar e incluso reemplazar las funciones del cuerpo humano , si fuera necesario, mediante el uso de la tecnología .

La medicina moderna puede reemplazar varias funciones del cuerpo mediante el uso de órganos artificiales y puede alterar significativamente la función del cuerpo humano a través de dispositivos artificiales como, por ejemplo, implantes cerebrales y marcapasos . ^{[ 132 ] [ 133 ]} Los campos de la biónica y la biónica médica se dedican al estudio de implantes sintéticos relacionados con sistemas naturales.

Por el contrario, algunas disciplinas de la ingeniería consideran el cuerpo humano como una máquina biológica digna de estudio y se dedican a emular muchas de sus funciones reemplazando la biología con tecnología. Esto ha dado lugar a campos como la inteligencia artificial , las redes neuronales , la lógica difusa y la robótica . También existen importantes interacciones interdisciplinarias entre la ingeniería y la medicina. ^{[ 134 ] [ 135 ]}

Ambos campos ofrecen soluciones a problemas del mundo real. Esto a menudo requiere avanzar antes de que los fenómenos se comprendan completamente desde un punto de vista científico más riguroso; por lo tanto, la experimentación y el conocimiento empírico son parte integral de ambos.

La medicina, en parte, estudia el funcionamiento del cuerpo humano. El cuerpo humano, como máquina biológica, tiene muchas funciones que pueden modelarse utilizando métodos de ingeniería. ^{[ 136 ]}

El corazón, por ejemplo, funciona de manera muy parecida a una bomba, ^{[ 137 ]} el esqueleto es como una estructura articulada con palancas, ^{[ 138 ]} el cerebro produce señales eléctricas, etc. ^{[ 139 ]} Estas similitudes, así como la creciente importancia y aplicación de los principios de la ingeniería en la medicina, llevaron al desarrollo del campo de la ingeniería biomédica que utiliza conceptos desarrollados en ambas disciplinas.

Nuevas ramas emergentes de la ciencia, como la biología de sistemas , están adaptando herramientas analíticas tradicionalmente utilizadas en ingeniería, como el modelado de sistemas y el análisis computacional, a la descripción de sistemas biológicos. ^{[ 136 ]}

Existen conexiones entre la ingeniería y el arte, por ejemplo, la arquitectura , la arquitectura paisajística y el diseño industrial (incluso hasta el punto de que estas disciplinas a veces pueden estar incluidas en la Facultad de Ingeniería de una universidad). ^{[ 141 ] [ 142 ] [ 143 ]}

El Instituto de Arte de Chicago , por ejemplo, organizó una exposición sobre el arte del diseño aeroespacial de la NASA . ^{[ 144 ]} Algunos consideran que el diseño del puente de Robert Maillart fue deliberadamente artístico. ^{[ 145 ]} En la Universidad del Sur de Florida , un profesor de ingeniería, gracias a una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias , ha desarrollado un curso que conecta el arte y la ingeniería. ^{[ 141 ] [ 146 ]}

Entre las figuras históricas más destacadas, Leonardo da Vinci es un reconocido artista e ingeniero del Renacimiento , y un ejemplo paradigmático del nexo entre arte e ingeniería. ^{[ 140 ] [ 147 ]}

La ingeniería empresarial se ocupa de la relación entre la ingeniería profesional, los sistemas de TI, la administración de empresas y la gestión del cambio . ^{[ 148 ]} La gestión de la ingeniería o "ingeniería de gestión" es un campo especializado de la gestión que se ocupa de la práctica de la ingeniería o del sector de la industria de la ingeniería. ^{[ 149 ]}

La demanda de ingenieros con enfoque en la gestión (o, desde la perspectiva opuesta, gerentes con conocimientos de ingeniería) ha impulsado el desarrollo de titulaciones especializadas en gestión de ingeniería que desarrollan los conocimientos y las habilidades necesarios para estos puestos. Durante un curso de gestión de ingeniería, los estudiantes desarrollarán habilidades, conocimientos y experiencia en ingeniería industrial , junto con conocimientos de administración de empresas, técnicas de gestión y pensamiento estratégico. Los ingenieros especializados en gestión del cambio deben poseer un conocimiento profundo de la aplicación de los principios y métodos de la psicología industrial y organizacional .

Los ingenieros profesionales suelen formarse como consultores de gestión certificados en el campo altamente especializado de la consultoría de gestión aplicada a la práctica o al sector de la ingeniería. Este trabajo suele abordar iniciativas complejas de transformación empresarial o gestión de procesos de negocio a gran escala en los sectores aeroespacial y de defensa, automoción, petróleo y gas, maquinaria, farmacéutico, alimentación y bebidas, electricidad y electrónica, distribución y generación de energía, servicios públicos y sistemas de transporte. Esta combinación de práctica técnica de ingeniería, práctica de consultoría de gestión, conocimiento del sector industrial y experiencia en gestión del cambio permite a los ingenieros profesionales cualificados como consultores de gestión liderar importantes iniciativas de transformación empresarial. Estas iniciativas suelen estar patrocinadas por directivos de alto nivel.

En ciencia política , el término ingeniería se ha adoptado para el estudio de la ingeniería social y la ingeniería política , que se ocupan de la formación de estructuras políticas y sociales mediante la metodología de la ingeniería combinada con los principios de la ciencia política . ^{[ 150 ]} La ingeniería de marketing y la ingeniería financiera también han adoptado el término. ^{[ 151 ] [ 152 ]}

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