Ingeniería deportiva

La ingeniería deportiva es una subdisciplina de la ingeniería que aplica las matemáticas y la ciencia para desarrollar tecnología, equipos y otros recursos relacionados con el deporte.

La ingeniería deportiva fue introducida por primera vez por Isaac Newton cuando observó una pelota de tenis. ^[1] A mediados del siglo XX, Howard Head se convirtió en uno de los primeros ingenieros en aplicar principios de ingeniería para mejorar el equipamiento deportivo. ^[2] A partir de 1999, se estableció la conferencia internacional bianual de ingeniería deportiva para conmemorar los logros en este campo. ^[3] Actualmente, la revista “ Sports Engineering ” detalla las innovaciones y los proyectos de investigación en los que están trabajando los ingenieros deportivos. ^[3]

El estudio de la ingeniería deportiva requiere una comprensión de una variedad de temas de ingeniería, incluyendo física , ingeniería mecánica , ciencia de materiales y biomecánica . ^[4] Muchos profesionales tienen títulos en esos temas en lugar de en ingeniería deportiva específicamente. Los programas de estudio específicos en ingeniería y tecnología deportiva son cada vez más comunes a nivel de posgrado, y también a nivel de pregrado en Europa . Los ingenieros deportivos también emplean herramientas de ingeniería computacional como diseño asistido por computadora (CAD), dinámica de fluidos computacional (CFD) y análisis de elementos finitos (FEA) para diseñar y producir equipos deportivos, ropa deportiva y más. ^[1]

Uno de los primeros casos de aplicación de principios científicos en el contexto deportivo se produjo en 1671, cuando el matemático inglés Isaac Newton escribió una carta al teólogo y filósofo natural alemán Henry Oldenburg sobre la mecánica del vuelo de una pelota de tenis. ^[1] En los siglos siguientes, el científico alemán Heinrich Gustav Magnus examinó más a fondo el análisis de Newton y aplicó las teorías newtonianas a las propiedades giratorias de las pelotas. ^[1] Alrededor de 1760, en medio de la Revolución Industrial , la ingeniería deportiva se exploró más a fondo con la aceleración de la fabricación de equipamiento deportivo. ^[1] Durante esta etapa, los fabricantes reconocieron que un aumento en las ventas estaba directamente relacionado con una mejor calidad del equipamiento. ^[1] Como resultado, se empezó a experimentar para explorar nuevos diseños y materiales para mejorar el rendimiento atlético. ^[1]

En los tiempos modernos, los ingenieros deportivos, como Howard Head , aplicaron principios de ingeniería a los equipos deportivos. ^[2] Después de descubrir que los esquís de nieve tradicionales eran demasiado pesados, Head desarrolló unos esquís más ligeros y flexibles en 1947. ^[2] Utilizó su conocimiento de la industria aeronáutica para crear esquís con una construcción de sándwich de metal. ^[2] Después de 40 iteraciones y 3 años, lanzó sus esquís comercialmente, y pronto establecieron el estándar para los esquís. ^[2] Hoy en día, sus esquís son ampliamente conocidos y reconocidos bajo la marca Head , con Head Sportswear International y Head Ski Company. ^[2] Head también desarrolló la raqueta de tenis Prince Classic. ^[2] Creó un diseño mucho más ligero, con un marco más grande que soportaba golpes descentrados y un agarre que no se torcía en las manos de los jugadores. ^[2] Al igual que con sus esquís, las raquetas de gran tamaño de Head fueron adoptadas por los mejores atletas del deporte. ^[2]

En 1998, se creó la Asociación Internacional de Ingeniería Deportiva (ISEA) y se publicó la revista “ Sports Engineering ”. ^{[3] En 1999,} Steve Haake organizó la primera conferencia internacional de ingeniería deportiva llamada “La Conferencia Internacional sobre Ingeniería del Deporte” en Sheffield, Inglaterra. ^[3] La conferencia reúne a investigadores líderes mundiales, profesionales del deporte y organizaciones de la industria para celebrar la profesión, mostrando innovaciones tanto en la investigación como en la industria.

La ingeniería deportiva en los Estados Unidos suele ser parte de los programas de ingeniería mecánica de pregrado de las universidades, en lugar de programas de licenciatura independientes. ^[5] En el nivel de posgrado, los laboratorios de investigación a menudo utilizan un enfoque interdisciplinario para la ingeniería deportiva, como en el Laboratorio de Deportes del MIT ^[6] y el Laboratorio de Biodeportes de UC Davis . ^[7] Algunas oportunidades de posgrado como el programa ofrecido a través de Purdue incluyen concentraciones en ingeniería deportiva dentro del departamento de ingeniería mecánica o ingeniería de materiales. ^[8]

La mayoría de los estudiantes de ingeniería deportiva obtienen títulos de licenciatura en otras áreas dentro de la ingeniería, incluidas la ingeniería mecánica, eléctrica y de materiales; no existe un camino educativo uniforme para convertirse en ingeniero deportivo.

Aunque las universidades de los Estados Unidos ofrecen cursos o concentraciones de ingeniería deportiva, los programas de grado más extensos en la materia son más comunes en el Reino Unido . La ingeniería deportiva en el ámbito académico está más desarrollada en el Reino Unido ^[9] con programas a nivel de pregrado y posgrado. El Grupo de Investigación de Ingeniería Deportiva de la Universidad Sheffield Hallam ^[10] - la "sede" de la Ingeniería Deportiva como disciplina, y la Universidad de Loughborough ofrecen un programa de posgrado de ingeniería deportiva de 1 año a tiempo completo. ^[11] La Universidad de Nottingham Trent ofrece un programa de pregrado de 3 años a tiempo completo que se basa en seminarios y actividades orientados a la industria, así como experiencias de investigación en el campus como el laboratorio de Ingeniería Deportiva. ^[12] Una lista completa de cursos está disponible en la ISEA. ^[13]

La oferta de cursos de ingeniería deportiva sintetiza contenidos tanto de ingeniería como de ciencias del deporte. ^[1] Los programas de ingeniería deportiva abarcan clases orientadas a la ingeniería, como física, aerodinámica y ciencia de los materiales, así como cursos más basados ​​en la ciencia del deporte, como biomecánica y anatomía. ^[14]

El modelado computacional se emplea comúnmente en muchas disciplinas de ingeniería y a menudo se aplica a los deportes. La dinámica de fluidos computacional (CFD) se puede utilizar en la educación de ingeniería deportiva para modelar el flujo tanto en sistemas de aire como de agua. Los ingenieros deportivos pueden utilizar sistemas de modelado computacional para analizar el comportamiento de un objeto sin tener que producirlo físicamente. Por ejemplo, la CFD se ha utilizado para predecir patrones de fluidos alrededor de un esquiador que salta por el aire o un nadador que se mueve por el agua, para reducir la resistencia que actúa sobre el atleta. ^[15]

El análisis de elementos finitos o FEA es otra herramienta de modelado de ingeniería que se aplica al campo de la ingeniería deportiva para simular la física de las fuerzas aplicadas que actúan en un sistema. Por ejemplo, el análisis FEA se puede utilizar para analizar el impacto de una pelota contra una raqueta de tenis o para diferenciar la deformación resultante del impacto de una pelota de fútbol. ^[1]

Los programas de grado y posgrado en ingeniería deportiva son más comunes en Europa que en Estados Unidos. La siguiente lista destaca las ofertas disponibles actualmente en el campo de la ingeniería deportiva.

• Universidad de Aalborg (Dinamarca) ^[16]
• Centro de Investigación en Ingeniería Deportiva (CSER) - Universidad Sheffield Hallam (Reino Unido) ^{[17] [18]}
• Deutsche Sporthochschule Köln (Alemania) ^[19]
• Universidad Griffith (Australia) ^[20]
• Universidad Islámica Azad, Departamento de Ciencias e Investigación (Irán) (estudiantes de grado y posgrado)
• Universidad de Loughborough (Reino Unido) ^[21]
• Instituto Tecnológico de Massachusetts ^[6]
• Mittuniversitetet (Suecia) ^[22]
• Universidad de Purdue ^[8]
• TU Chemnitz (Alemania) (licenciatura) ^[23]
• TU Chemnitz (Alemania) (licenciado) ^[23]
• TU Delft (Países Bajos) ^[23]
• Universidad de Adelaida (Australia) ^[24]
• Universidad de Ciencias Aplicadas Technikum Wien (Austria) (licenciatura) ^[25]
• Universidad de Ciencias Aplicadas Technikum Wien (Austria) (graduado) ^[25]
• Universidad de California Davis ^[7]
• Universidad de Debrecen , Facultad de Ingeniería (Hungría) ^[26]
• Universidad de Otago (Nueva Zelanda) ^[27]

La ingeniería deportiva tiene diversas aplicaciones en la industria del deporte. A continuación se enumeran algunos ejemplos de estas aplicaciones y tecnologías relacionadas.

El diseño asistido por ordenador (CAD) y el análisis de elementos finitos (FEA) se pueden utilizar para diseñar y probar equipos deportivos. Los ingenieros pueden utilizar el FEA para aplicar diferentes tensiones a un objeto y determinar sus fortalezas y debilidades. Por ejemplo, el FEA se puede utilizar para modelar una raqueta de tenis que golpea la pelota, incluido cómo la raqueta y la pelota podrían deformarse o vibrar como resultado del golpe. ^[1] La dinámica de fluidos computacional (CFD) se puede aplicar a deportes como el ciclismo para examinar la aerodinámica de las bicicletas y las posiciones corporales de los ciclistas. ^[1] Esta información es útil para comprender cómo aumentar la velocidad de ciclismo y disminuir el esfuerzo de los ciclistas.

Un ejemplo notable de cómo la ingeniería se cruza con la ropa deportiva es el LZR Racer de Speedo , un traje de baño hecho en colaboración con investigadores e ingenieros de la NASA. ^[28] Los ingenieros deportivos probaron diferentes materiales y revestimientos en un túnel de viento para determinar cómo reducir la resistencia. ^[28] Los ingenieros también optimizaron la estabilidad y la movilidad mediante el uso de capas y técnicas de soldadura específicas para partes particulares del cuerpo. ^[29] Por ejemplo, las áreas del abdomen y la espalda baja del traje se hicieron más ajustadas para mejorar la estabilidad del núcleo. ^[29] El LZR Racer pudo reducir la fricción de la piel en un 24% en comparación con el traje más avanzado anterior de Speedo. ^[29] Estas aplicaciones de ingeniería ayudaron a los nadadores que usaron el LZR Racer de Speedo a establecer 93 récords mundiales. ^[29]

La ciencia de los materiales , la ingeniería mecánica , la ciencia del deporte , la medicina deportiva , la biomecánica y la física son algunos campos que se superponen con la ingeniería deportiva.