Un arco de tiro japonés hecho con diseño generativo revive un deporte venerado

Anidado en la zona de Edogawa en Tokio, este taller da una nueva vida a los arcos de tiro japoneses con un toque de modernidad. Su nombre en clave: Proyecto Sakura. Esta aventura, bajo el mando de Yoshihisa Nishikawa, el presidente de Nishikawa Seiki Co. Ltd., empezó con su amor por el tiro con arco y su meta de toda la vida de desarrollar el mejor de todos ellos. El resultado es el cuerpo del arco Nishikawa SH-02 que salió a la venta el año pasado. Ahora el desafío es conseguir que sean todavía más ligeros a través de alianzas con investigadores destacados para explorar el diseño generativo .

El SH-02 fue diseñado para arqueros que compiten en los niveles más avanzados. El cuerpo, es decir la parte vertical del arco que incluye la empuñadura, cuenta con un diseño especial en el que las dos palas de lanzamiento se unen a la parte inferior y superior del cuerpo. Así, se minimizan las oscilaciones al soltar el arco, con un tiro más preciso y parejo. Según Nishikawa es la esencia misma de “la felicidad de tirar con un arco”.

“Los arqueros de élite se entrenan arduamente para fortalecer sus músculos centrales y suelen preferir arcos más pesados, para reducir así las oscilaciones”, explica Nishikawa. Sin embargo, la tendencia a favorecer arcos más pesados ha sido un obstáculo para que el tiro con arco gane más seguidores en Japón. “Los nuevos aficionados muchas veces se frustran por el peso de los arcos y abandonan pronto esta disciplina. Existen unos más ligeros, por supuesto, pero es más difícil apuntar al blanco. Si logramos crear un arco ligero de alto desempeño, el peso podría añadirse al gusto de cada arquero. Me pareció que era el mejor enfoque para nuestro trabajo”.

Nishikawa Seiki es una empresa metalúrgica que fabrica una gran gama de productos, desde piezas de maquinaria sencilla hasta pedidos especiales de sistemas de investigación médica. También fabrica productos para consumidores con conciencia social, como vehículos de movilidad ultra compactos. Para el proyecto, Nishikawa se dirigió a su colega Toshihiro Irie, profesor del departamento de Ingeniería de Maquinaria de Precisión de la facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Nihon. Juntos, querían encontrar métodos para fabricar arcos más ligeros sin perder su rigidez.

La optimización topológica es un enfoque que busca aligerar un producto al eliminar ciertas áreas de las piezas que no están sometidas a la tensión estructural. El diseño generativo lleva esta idea aún más lejos. “Estamos rodeados de ideas preconcebidas sobre lo que lleva a algo a ser eficiente o lo que representa un buen diseño”, indica Irie. “El diseño generativo puede quitar de en medio estos obstáculos y revelar una forma más pura. Presencié como algunos de mis estudiantes trabajaban en el proyecto del ascensor espacial utilizando el diseño generativo para crear las piezas y me fascinó el proceso. Cuando se lo mostré al equipo de Nishikawa Seiki, también acabaron muy impresionados”.

El equipo utilizó los resultados de las medidas de posición 3D para observar el movimiento de la cuerda del arco y después analizó los datos derivados de las ecuaciones de carga aplicadas a cada tiro. El cuerpo que crearon los estudiantes de Irie, utilizando el diseño generativo de Autodesk Fusion 360, se destaca por su forma asimétrica. “En el proceso de diseño generativo empieza a haber problemas cuando la parte superior y la parte inferior son de distintos tamaños a partir de su centro. Si vemos el producto final, puede notarse que tuvimos en cuenta este aspecto en nuestro diseño”, explica Irie.

En el tiro con arco, la vibración que se crea al soltar la cuerda afecta la estabilidad de la empuñadura, que determina la puntería y está relacionada con la rigidez de las distintas piezas del arco. El equipo de Irie usó esta información al crear distintos patrones de carga, repitiendo las simulaciones para conseguir el diseño que cumpliría con todos los requisitos.

Nishikawa explica que el nuevo cuerpo del arco es “totalmente diferente al SH-02 en cuanto a enfoque de diseño, pero incorpora datos numéricos y conceptos de nuestro trabajo previo. El equipo no hubiera conseguido este diseño sensacional por sí solo”.

Gracias al proceso de diseño generativo se redujo el peso de un cuerpo de 1531 gramos a 633 gramos. El peso total del cuerpo se redujo del 50 % y los ajustes permitieron que se sujetaran las palas y otros accesorios. Una vez finalizado el diseño, se fabricó un modelo complejo utilizando la fresadora integrada de 5 ejes NTX1000 de segunda generación de DMG Mori Seiki.

Ryusuke Haruta, un estudiante de investigación de la facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad de Nihon, se encargó de las operaciones CAM. “Pude ver con mis propios ojos cómo distintos factores del proceso de fabricación influían en el resultado final” explica Haruta. “También logramos conseguir suficiente rigidez”. Los operadores veteranos de Nishikawa Seiki convirtieron los datos, verificaron el proceso y fabricaron con éxito la detallada pieza en su primer intento.

El equipo había estado llevando a cabo simulaciones y Nishikawa explica que al tratarse de una empresa más pequeña la pieza pudo fabricarse rápidamente para hacer las pruebas. “No hay nada cómo sujetar la pieza en la mano, ver cómo se comporta y poder hacer pruebas de flexión y deformación” explica. “No puedo creer que hayamos conseguido semejantes datos la primera vez que utilizamos esta tecnología”.

Las medidas de la vibración del SH-02 resultaron ser las mismas que las de los mejores modelos disponibles. Cuando el equipo Nishikawa sometió el cuerpo de diseño generativo a la misma prueba, las vibraciones horizontales fueron levemente superiores a las del SH-02, pero las vibraciones verticales fueron inferiores.

Examinando los datos de las pruebas, Nishikawa dice que el equipo ya identificó algunos aspectos que se pueden mejorar. El paso siguiente consistirá en aplicar estos datos para conseguir un diseño que sea aún mejor, haciendo que el cuerpo sea todavía más ligero y mejorando su rigidez. “Mirando hacia el futuro, esperamos usar el diseño generativo para elaborar arcos recurvos que puedan utilizarse en competiciones olímpicas, así como arcos de poleas”, indica Nishikawa.

Nishikawa considera que es una oportunidad única para que una empresa pequeña pueda tener éxito en el mercado de los arcos de tiro. “Para las grandes corporaciones japonesas, el mercado del tiro con arco solo representa una parte ínfima, pero para una empresa pequeña como la nuestra es un mar de oportunidades para navegar y descubrir nuevos horizontes”.

El mercado nacional japonés de tiro con arco es de unos miles, pero en el mundo entero millones de personas disfrutan de este deporte. Nishikawa está desarrollando una estrategia empresarial para penetrar en el mercado mundial. “El simple hecho de que una empresa japonesa vuelva a entrar al mercado del tiro con arco es algo que va a suscitar interés en las ferias comerciales en el extranjero. No cabe duda de que el sello Hecho en Japón tiene un peso innegable que nos ayudará a tener éxito”.