Airbus sigue innovando en diseño biónico para futuros vuelos sostenibles
Cuando Design & Make with Autodesk publicó este artículo por primera vez en 2015, Airbus se planteaba la nueva tarea de rediseñar elementos del A320 para tener una flota de aviones más sostenible. El objetivo final era reducir a la mitad las emisiones de gases efecto invernadero antes de 2050. Uno de los elementos que podía reinventarse era el tabique que sirve de soporte a los asientos de la tripulación.
Gracias a la tecnología del diseño generativo, el I+D inicial obtuvo un tabique 45 % más ligero que debía producirse mediante fabricación aditiva metálica. Lamentablemente, las expectativas económicas de la adición metálica no han llegado a cumplirse, por lo que el tabique biónico no superó la fase de producción. Sin embargo, la tecnología del diseño generativo ha seguido avanzando y brinda nuevas posibilidades a procesos de fabricación más tradicionales.
Son mejoras que han permitido que Airbus pueda replantearse su tabique biónico. Utilizando de nuevo el diseño generativo, el último tabique divisorio de Airbus se obtiene mediante una primera impresión de plástico en 3D que sirve de molde para la fundición de una aleación metálica apta para vuelos. Es, además, tan ligero como su predecesor, de ahí que aporte la misma reducción de peso y el consecuente ahorro energético.
El diseño generativo se adapta ahora a la fundición y eso permite que la sostenibilidad sea un concepto tanto asequible como eficiente para Airbus. Este diseño actualizado no solamente consigue el mismo peso y resistencia que el primer tabique biónico, sino que también logra una fabricación a costos mucho más bajos. Te invitamos a que leas el siguiente artículo sobre la trayectoria innovadora de Airbus. —Erin Hanson, editora jefa de Design & Make with Autodesk.
Imagina que vas de vacaciones en un avión a un destino turístico y que, para evitar turbulencias inesperadas, las alas del avión cambian de forma. Si un objeto impacta durante el vuelo, el agujero producido se repara ante nuestros ojos. Imagina que el fuselaje del avión pudiera también volverse transparente, permitiéndonos ver en todas las direcciones.
Estas son ideas del Concept Cabin de Airbus, que apareció en 2011. Tal vez puedan sonar un tanto estrambóticas, pero lo cierto es que ese futuro empieza a vislumbrarse hoy.
Empleando diseño generativo e impresión 3D, Airbus ha colaborado recientemente con la firma de arquitectos The Living para fabricar el llamado tabique biónico. Se trata de la delgada e importantísima división que separa a los auxiliares de vuelo de los pasajeros e incorpora acceso al espacio para las camillas de emergencia, al tiempo que soporta los asientos plegables de la tripulación, donde se sientan los auxiliares de vuelo durante el despegue y el aterrizaje.
El tabique biónico pesa algo menos de 30 kilos y es 45 % más ligero que los tabiques tradicionales, lo que representa un enorme ahorro tanto en combustible como en emisiones de huella de carbono. Lo más particular de este tabique de Airbus es que su diseño se inspira en un organismo unicelular: el moho del cieno.
Según Bastian Schaefer, gerente de innovación de Airbus, “es un organismo muy curioso” y añade que “cuando se arrastra por el bosque buscando comida, se expande en distintas direcciones creando redes redundantes de conexiones entre su cuerpo y las fuentes de alimento que le rodean. Este es justamente el tipo de comportamiento que empleamos para buscar conexiones estructurales dentro de un tabique. Utilizamos un algoritmo para conectar no solamente los puntos del contorno de dicho tabique con la estructura primaria de la aeronave, sino también los del interior, para que los asientos del personal de vuelo estén bien sujetos. Esto nos ayuda a construir una red estructural multirredundante dentro del tabique”.
Para generar el algoritmo al que alude Schaefer, The Living creó un software de diseño generativo. El equipo introdujo las limitaciones en sus herramientas para generar los diseños originales, con dos objetivos en mente: la reducción de peso y el rendimiento. Para la reducción de peso, el equipo buscaba una reducción de 30 %, pero consiguió hasta 45 % empleando el diseño biónico.
Según Schaefer, podríamos describir diseño generativo como una definición de objetivos. Comenta que “si tu objetivo es reducir el peso, el software te ayuda haciendo uso para ello de algoritmos. Además, puedes también incorporar otros objetivos, como el rendimiento estructural. Para el tabique biónico, nos ponemos el objetivo de que para pruebas de choque a 16g, no se produzca una deformación del tabique mayor de 200 milímetros”.
Partiendo de las limitaciones antes mencionadas, el equipo recibió más de 10,000 permutaciones de diseño para el tabique. Por ello, Airbus empleó el análisis de los megadatos para reducir el número de iteraciones de diseño y decantarse por la fabricación del diseño de mayor rendimiento. Schaefer comenta que “estamos empleando una especie de gráfico visual y nos encontramos con los dos limitaciones, que son el peso y la deformación. Tenemos todas las soluciones de diseño representadas como puntos dentro de esos gráficos. Por eso nos fue fácil seleccionar algunas de dichas soluciones para analizarlas más detenidamente”.
Una vez decidido el diseño final, Airbus empleó tres distintos sistemas de fabricación aditiva para realizar el trabajo: el Bosom Concept Laser M2, el EOS M290, y el EOS M400 (para piezas muy grandes). Schaefer comenta “dividimos todo el tabique en elementos más pequeños y los dispusimos en el espacio disponible dentro de la impresora. Tuvimos que decidir qué impresora iba a producir las partes más pequeñas y cuál iba a producir las más grandes. Después de hacerlo, empezamos el proceso de impresión en paralelo. Teníamos que imprimir como mínimo siete lotes para crear un tabique completo.
Schaefer añade “teníamos 116 piezas, cada una de ellas con conectores que tenían que encajar y nos hacíamos siempre la misma pregunta: “¿Funcionará el tabique con todos estos componentes?”. Finalmente, todo encajó. Cuando levantamos el tabique, fue sorprendente ver lo ligero y sólido que era. Sentí confianza en que esta tecnología iba a ser un éxito”.
Schaefer añade que hasta ahora una reducción de peso como esta era impensable. Comenta que “hoy se puede hacer porque combinamos diseño generativo con impresión 3D”.
En la mayor parte de los casos, las máquinas actuales de fabricación aditiva industrial solo pueden imprimir pequeñas piezas de aviones. Impresoras más grandes podrán producir piezas mayores. En un futuro, Airbus se ocupará de fabricar una cabina de pilotos con impresión 3D, que es el doble de grande que el tabique. Deberá ser completamente sellable desde dentro y a prueba de balas. Aparte de emplear el moho del cieno como principio de diseño biónico, Airbus podrá desarrollar otros algoritmos a base de plantas para crear nuevos reposacabezas o, ¿quién sabe?, tal vez emplee algoritmos basados en propiedades humanas para diseñar estabilizadores verticales ultra resistentes o componentes del motor a reacción. Airbus espera poder fabricar un avión entero con impresión 3D en el futuro gracias al diseño generativo.
Schaefer comenta que “una de las grandes ideas de Airbus para el futuro de la aeronáutica tiene que ver con la sostenibilidad. Nuestra máxima preocupación es el ciclo de vida no solamente de los productos en sí, sino también de las operaciones y del modo de fabricación. Esto nos abre un nuevo camino en el diseño de aviones: el biomimetismo. El tabique biónico es un producto cuyo origen está en el biomimetismo. Pero, además, nuestros productos tienen que ser reciclables cuando llegan al fin de su vida útil. Por eso tenemos en cuenta todo el proceso de su ciclo de vida… Tal vez en el futuro, posiblemente en 2020, o en el siglo XXII, podamos nada menos que comer aviones”.