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Aprovechamiento de herramientas informáticas para mejorar el diseño de productos | Noticias del MIT

10 de agosto de 2022

Como estudiante de grado en el MIT, Jana Saadi tuvo que encontrar una manera de cumplir con los requisitos de su clase de humanidades. No sabía que su decisión moldearía en gran medida su carrera académica.

Por capricho, Saadi se unió a un amigo en una clase ofrecida a través del MIT D-Lab, un programa basado en proyectos destinado a ayudar a las comunidades pobres de todo el mundo. Se suponía que la clase sería única, pero Saadi se enamoró de la misión y la filosofía de diseño de D-Lab, y se mantuvo involucrada durante el resto de sus estudios universitarios.

En D-Lab, «no estás creando productos por gente; estás creando productos con gente”, dice ella. La experiencia de Saadi con D-Lab despertó su interés en el proceso detrás del diseño de productos. Ahora, está cursando un doctorado en ingeniería mecánica en el MIT, investigando cómo la inteligencia artificial puede ayudar a los ingenieros mecánicos a diseñar productos.

El camino de Saadi hacia la ingeniería comenzó desde muy joven. Creció en Nueva Jersey con ingenieros como padres. “A mi papá le gustan los proyectos de bricolaje y siempre me encontraba ayudándolo en la casa”, dice ella. A Saadi le encantaba ejercitar sus habilidades creativas para resolver problemas, incluso en tareas pequeñas, como arreglar la tapa de una olla que no encajaba bien.


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Con su educación, no fue una sorpresa que Saadi terminara cursando una licenciatura y una maestría en ingeniería mecánica en el MIT, con especialización en diseño de productos. Pero no siempre estuvo segura de que buscaría un doctorado. “Curiosamente, lo que me convenció de continuar con un doctorado fue escribir mi tesis de maestría y ver que todo encajaba”, dice.

Ahora, Saadi está trabajando para mejorar el proceso de diseño de productos mediante la evaluación de herramientas de diseño computacional, la exploración de nuevas aplicaciones y el desarrollo de planes de estudios educativos. Como parte de su investigación, incluso se encontró colaborando nuevamente con D-Lab. Saadi cuenta actualmente con el asesoramiento de Maria Yang, profesora de ingeniería mecánica en el MIT y directora académica de la facultad D-Lab del MIT.

Comprender el papel de la inteligencia artificial en el diseño de productos

Al diseñar productos, los ingenieros mecánicos hacen malabares con múltiples objetivos a la vez. Deben hacer que los productos sean fáciles de usar y estéticamente agradables para los usuarios. Pero también deben tener en cuenta los resultados de su empresa y fabricar productos que sean baratos y fáciles de fabricar.

Para ayudar a agilizar el proceso de diseño, los ingenieros a veces buscan herramientas de inteligencia artificial que ayuden a generar nuevos diseños. Estas herramientas, también conocidas como herramientas de diseño generativo, se utilizan comúnmente en las industrias automotriz, aeroespacial y arquitectónica. Pero el impacto que estas herramientas tienen en el proceso de diseño de productos no está claro, dice Saadi, lo que dificulta que los ingenieros sepan cómo aprovecharlas mejor.

Para ayudar a brindar claridad, Saadi está evaluando cómo los ingenieros usan las herramientas de diseño generativo en el proceso de diseño. Hasta ahora, ha descubierto que estas herramientas pueden cambiar fundamentalmente los enfoques de diseño a través de un proceso de diseño de «inteligencia híbrida». Con estas herramientas, los ingenieros primero crean una lista de restricciones de ingeniería para un producto sin preocuparse por su apariencia. Por ejemplo, pueden enumerar dónde se necesitan tornillos, pero no especificar cómo se mantienen en su lugar. Luego, introducen las restricciones en una herramienta de diseño generativo, que genera un diseño de producto en consecuencia. Luego, los ingenieros pueden cambiar de marcha y evaluar el producto para otros objetivos, como si es fácil de usar o fabricar. Si no están satisfechos con el producto, pueden modificar las restricciones o agregar otras nuevas y volver a ejecutarlas a través de la herramienta.

A través de este proceso, los ingenieros pueden reducir su enfoque para «comprender el problema de diseño y aprender qué factores están impulsando el diseño», dice Saadi. Con las herramientas de diseño generativo, los ingenieros también pueden iterar en los diseños más rápidamente, estimulando el proceso creativo a medida que los ingenieros prueban nuevas ideas con menos esfuerzo.

Las herramientas de diseño generativo también pueden «cambiar el proceso de diseño» al permitir diseños más complejos, dice Saadi. Por ejemplo, en lugar de usar estructuras con formas simples, como barras rectangulares o soportes triangulares, los diseños pueden tener un aspecto “orgánico” que se asemeje a los patrones irregulares del coral o las raíces retorcidas de los árboles.

Antes de este proyecto, Saadi tenía poca experiencia con herramientas computacionales en el proceso de diseño de productos. Pero eso “me dio una ventaja”, dice, para abordar el proceso con ojos frescos y hacer preguntas sobre prácticas de diseño que normalmente se darían por sentadas. Ahora, Saadi está analizando cómo los ingenieros y las herramientas se influyen mutuamente en el proceso de diseño. Ella espera usar su investigación para brindar orientación sobre cómo las herramientas de diseño generativo pueden fomentar diseños más creativos.

Diseñando estufas con comunidades de Uganda

Saadi está ampliando los alcances del diseño computacional al analizar una nueva aplicación: estufas para áreas de bajos ingresos, como Uganda. Para este proyecto, está trabajando con Yang, Dan Sweeney en MIT D-Lab y Sili Deng, profesora de ingeniería mecánica en MIT.

Las estufas asequibles en áreas de bajos ingresos a menudo liberan emisiones nocivas, que no solo contribuyen al cambio climático sino que también plantean riesgos para la salud. Para reducir estos impactos, Saadi y sus colaboradores están desarrollando una estufa que usa energía limpia pero sigue siendo asequible.

En el espíritu de D-Lab, Saadi está trabajando con los ugandeses para adaptar la estufa a sus necesidades. Originalmente, había planeado visitar Uganda y entrevistar a personas allí. Pero luego sucedió la pandemia de Covid-19.

“Tuvimos que hacer todo de forma virtual, lo que tenía sus propios desafíos” para Uganda, dice. Muchos ugandeses carecen de acceso a Internet, lo que elimina la posibilidad de realizar encuestas en línea o entrevistas virtuales. Saadi terminó trabajando en estrecha colaboración con un socio comunitario en Uganda, llamado Tecnologías Apropiadas de Ahorro de Energía (AEST), para recopilar los pensamientos de las personas. AEST reunió un equipo en el sitio para realizar entrevistas en persona con encuestas en papel. Y Saadi consultó con los fundadores de AEST, Acuku Helen Ekolu y Betty Ikalany, para asegurarse de que la encuesta fuera culturalmente apropiada y comprensible.

Afortunadamente, lo que comenzó como una solución práctica y simple terminó siendo una bendición. Las encuestas que hizo Saadi eran de opción múltiple, pero las personas a menudo explicaban su razonamiento a los entrevistadores, brindando información valiosa que se habría perdido en una encuesta en línea. En total, el equipo realizó alrededor de 100 encuestas. “Me gustó este formato mixto de encuesta y entrevista”, dice. “Hay mucha riqueza que vino a través de [the survey responses].”

Ahora, Saadi está traduciendo las respuestas en requisitos de diseño numérico para ingenieros, incluida ella misma. Por ejemplo, “los usuarios dirán ‘Quiero poder llevar mi estufa de afuera hacia adentro’”, lo que significa que les importa el peso, dice ella. Luego, Saadi debe calcular un peso ideal para la estufa e incluir ese número en los requisitos de ingeniería.

Una vez que tenga todos los requisitos, el equipo puede comenzar a diseñar la estufa. La estufa se basará en la estufa Makaa, una estufa portátil y de bajo consumo desarrollada por AEST. En el nuevo diseño de la estufa, el equipo del MIT tiene como objetivo mejorar su rendimiento para cocinar los alimentos más rápidamente, una solicitud común de los usuarios, sin dejar de ser asequible, dice Saadi. Para diseñar la nueva estufa, el equipo del MIT planea usar una herramienta de diseño generativo, haciendo de este proyecto uno de los primeros usos del diseño computacional para estufas.

Reformar el currículo de diseño para que sea más inclusivo

Saadi también está trabajando para mejorar el proceso de diseño de productos a través del desarrollo del currículo. Recientemente, se unió al Design Justice Project del MIT, cuyo objetivo es garantizar que los estudiantes aprendan a diseñar de manera inclusiva para sus usuarios. “La educación es capacitar a los diseñadores del futuro, por lo que debes asegurarte de enseñarles a diseñar de manera equitativa”, dice Saadi. El proyecto está compuesto por un equipo de estudiantes de pregrado y posgrado, posdoctorados y profesores en campos de ingeniería y no relacionados con la ingeniería.

Saadi está ayudando al equipo a desarrollar encuestas de instructores para determinar si y cómo han cambiado su plan de estudios de diseño con el tiempo para incluir principios de diversidad, equidad e inclusión (DEI). Con base en los resultados de la encuesta, el equipo propondrá sugerencias concretas para que los instructores incorporen aún más los principios DEI en su plan de estudios. Por ejemplo, una recomendación podría ser que los instructores proporcionen a los estudiantes una lista de verificación de consideraciones de diseño inclusivo, dice Saadi.

Para ayudar a generar más ideas y extender esta conversación a una comunidad más grande, Saadi está ayudando al equipo a organizar una cumbre de dos días para personas que trabajan en la educación en diseño, incluidos instructores del MIT y otras instituciones. En la cumbre, los participantes discutirán el futuro de la educación en diseño y generarán ideas sobre cómo traducir los principios DEI del aula a las prácticas estándar de la industria. La cumbre, llamada Design Justice Pedagogy Summit, tendrá lugar a finales de este mes del 24 al 26 de agosto.

“Como puede ver, disfruto esta parte de mi doctorado en la que tengo tiempo para diversificar mi investigación”, dice Saadi. Pero en esencia, “mi enfoque de la investigación es [understanding] las personas y el proceso. Hay muchas preguntas interesantes que hacer”.