La ciencia de la fricción (y el sorprendente impacto que tiene en nuestras vidas)

Tribología: es una palabra rara que posiblemente no hayan oído nunca pero puede cambiar la forma en la que ven e interactúan con el mundo físico, declara la ingeniera mecánica Jennifer Vail. Mientras nos ofrece unas lecciones sobre la tribología, la ciencia que estudia la fricción y el desgaste, Vail describe las formas tan variadas en las que esta afecta nuestra vida diaria y cómo podría ayudarnos a mejorar el mundo.

Debo admitir que es muy divertido

cuando la gente me pregunta qué hago,

porque les cuento que
froto cosas entre sí, literalmente.

Suena ridículo.

Froto cosas entre sí.

Pero tiene un nombre técnico:

tribología.

T-r-i-b-o-l-o-g-í-a,

de la palabra griega "tribos",

que significa "frotar".

Es una palabra rara
que quizá no hayan oído nunca,

pero les prometo que descubrirla cambiará
su experiencia con el mundo físico.

La tribología me ha dado
proyectos increíbles.

He trabajo con materiales que vuelan
y con comida para perros,

una combinación con la que
no parece que alguien vaya a trabajar

en un periodo de solo dos años,

hasta que empiezas a ver el mundo
a través de unas gafas tribológicas.

Y creo que les sorprenderá

lo importante que es
un poco de tribología

para solucionar grandes problemas.

La tribología estudia la fricción,
el desgaste y la lubricación.

Uds. han experimentado estas tres cosas.

¿Recuerdan cuando trataron
de arrastrar un objeto pesado por el suelo

y sentían cómo se les resistía?

Eso es la fricción.

Es la fuerza que se opone al movimiento.

El desgaste es la pérdida de material.

Y la razón por la que
reemplazan sus zapatos favoritos;

la suela acaba desapareciendo.

El lubricante reduce
la fricción y el desgaste.

Aflojan esos tornillos obstinados
que no se moverían de otra forma.

La tribología también trata
de la interacción entre superficies

en movimiento relativo.

Así pues, en el mundo
hay muchas superficies

que interactúan en movimiento relativo.

Ahora mismo, ¿están meneando el pie
o moviendo el trasero contra su asiento?

Porque, ¿saben qué?

Están experimentando la tribología.

El más mínimo desplazamiento en su asiento

implica dos superficies
moviéndose una respecto a la otra.

La interacción tribológica
de ese desplazamiento

es diferente para la persona
sentada a su lado.

Se debe a que la ropa que llevan

cambia la fricción
entre Uds. y su asiento.

Si llevan seda, les será más fácil
retorcerse en la silla que si llevan lana.

Porque la fricción en la seda es menor.

Si están moviendo
o contoneando el tobillo,

¿Ha hecho un "pop"?

Lo han sentido, ¿verdad?

Se levantan, se mueven
y algunas articulaciones crujen.

Gracias por ese sonido, tribología.

Ese sonido procede del líquido
que lubrica sus articulaciones

cuando se mueven.

Básicamente se liberan
pompas de gas en el líquido.

El sonido también pude venir
de los tendones que se mueven entre ellos.

Bastante frecuente en el tobillo,

así que cualquiera de mis colegas
que menean los tobillos

puede que ahora tengan curiosidad
por la tribología de los tendones.

Pero, ¿cómo se hace una tribologista?

Empieza en la infancia, por supuesto.

De niña yo era bailarina.

Llegué a ser capaz
de bailar de punta de pie,

el llamado "en pointe."

Cuando bailas "en pointe",
en esas increíbles zapatillas

que pueden resbalar en el escenario.

Lo último que quieres cuando tratas
de bailar de punta de pie

es escurrirte y caerte.

Así pues, teníamos cajas
de algo llamado resina.

Caminaríamos sobre la resina
dejando una fina capa en las zapatillas.

La resina procede de la salvia

y en polvo hace que las superficies
sean menos resbalosas.

Como bailarina, aprendes rápido

cuál es la cantidad exacta
para las zapatillas,

ya que si no ponías suficiente,
probablemente resbalarías

debido a la poca fricción
entre la zapatilla y el suelo.

En el mejor de los casos

quedas como la bailarina torpe;

no obstante, en el peor,
significa una lesión.

Para entonces ya manipulaba
y optimizaba la fricción.

¿Ven? Estaba destinada
a ser tribologista.

(Risas)

Uds. también fueron
tribologistas de pequeños.

Cuando usaban ceras
o lápices de colores,

sabían que, cuanto más apretaran,
más oscuro era el color.

También sabían que debían
sacarle punta más a menudo

a esas ceras o esos lápices

porque se gastaban más rápido.

Hablemos ahora de esos
suelos encerados tan tentadores

por el que necesitaban deslizarse sí o sí.

Sabían que, si se ponían calcetines,

iban a deslizarse muy bien por ese suelo.

Buena suerte intentándolo descalzo.

Maestros manipuladores de la fricción.

Los niños son tribologistas.

¿Y los adultos?

Hoy, en algún momento,
se han cepillado los dientes.

Espero.

(Risas)

Eso es tribología en acción.

La pasta y el cepillo
trabajan juntos para eliminar

el sarro de los dientes.

Mi padre es dentista, por cierto.

Jamás pensé que mi carrera
volviera hasta el negocio familiar.

Pero un día nos vimos
hablando el mismo idioma

cuando se me asignó investigar
la eliminación de sarro.

Parecía sencillo

hasta que lo miré desde la tribología

y se convirtió en algo mucho más complejo.

Tienes material duro,
lo que serían tus dientes,

y material blando como la encía,
la pasta de dientes y el cepillo.

Hay lubricación: la saliva y el agua;

las dinámicas de quien se cepilla y más.

Les juro que si pusiéramos diamantes
en la pasta de dientes

eliminaríamos el sarro.

Y, con toda probabilidad, los dientes.

Por tanto, hay que conseguir el equilibrio
entre eliminar el sarro

y no dañar los dientes ni las encías.

Nos cepillamos los dientes porque comimos,

que es algo que también hacemos todos.

Parece sencillo.

Pero es otro campo de la tribología

y no es tan simple.

Tenemos la comida que se desmenuza
y se desgasta al comer

y que interactúa
con los dientes, la lengua,

la saliva y la garganta.

Y toda estas interacciones
influyen en lo que experimentan al comer.

Seguro que recuerdan algún momento
en el que probaron algo nuevo

y reaccionaron así:

"Bueno, sabe bien".

"No me gusta nada la textura".

Los triboligstas estudian la lubricidad,
el coeficiente de la fricción,

como formas de conectar la textura
y la sensación con lo que uno siente,

de modo que, si se cambia la fómula
de lo que comemos y bebemos,

como que el contenido de azúcar
o de grasa sea diferente,

¿cómo cambia la sensación en la boca?

¿Cómo se cuantifica?

Eso es lo que los tribologistas
intentan resolver.

Y, mientras mis colegas
miraban en el laboratorio

la cantidad de grasa de un yogur,

yo estaba en otra zona
estudiando la comida de perro.

Por cierto, el laboratorio olía muy bien.

Nos cepillamos los dientes
con frecuencia.

¿Cuántos se los cepillamos a las mascotas?

Los animales también contraen
enfermedades periodontales,

así que deberíamos
cepillarles los dientes,

algo que hace cada vez más gente.

A mi mejor amiga se le da genial
cepillarle los dientes a su gato.

Buena suerte si lo intentas con el mío.

Así pues, las empresas
de comida para mascotas

procuran que los premios
eliminen el sarro.

Si tienen un perro,

habrán observado que,
cuando le dan un premio,

desaparece de forma mágica
tras el primer bocado.

La dificultad añadida aquí es:

¿Cómo eliminas el sarro
en tan solo un bocado?

Elaboré un test de laboratorio
para estudiar el problema

y para ello recreé
la cavidad bucal de los perros:

los dientes, el sarro y la saliva.

Usé la fricción y las medidas de desgaste

para estudiar la eficacia
del premio en eliminar el sarro.

Si se están preguntando ahora mismo
cuándo fue la última vez

que le cepillaron los dientes
a su perro, de nada.

¿Por qué la tribología es tan importante?

Dejenme darles un ejemplo más.

No importan dónde estén ahora,
han llegado hasta aquí de algún modo.

Quizás andando, quizás en bici,

pero, probablemente,
la mayoría vino en coche.

Piensen en los sistemas
tribológicos de un coche.

Están la interacción suya con el coche,

la del coche con la carretera

y todo lo que hay bajo el capó.

Algunas rutinas de mantenimiento
están relacionadas con la tribología.

Ya saben cuántos kms se recomieda hacer

antes de cambiar las ruedas.

Comprueban los neumáticos a menudo.

Controlan de forma activa su desgaste.

La tribología estudia
el desgaste y la fricción,

con los neumáticos, la fricción puede ser
la diferencia entre llegar a salvo

o tener un accidente.

Esto se debe a que la fricción
entre las ruedas y la carretera

influye en la aceleración, la deceleración

y en la distancia de frenado.

Como conductores, sabemos
la importancia de la fricción,

porque sabemos que
cuando la carretera está mojada

es más peligrosa porque es resbaladiza.

Esto es porque el agua reduce la fricción

entre las ruedas y la carretera.

La fricción es la fuerza
que se opone al movimiento,

así que el agua reduciéndola
implica mayor facilidad para moverse;

por eso, la carretera mojada
es más resbaladiza.

Algo más para tener en cuenta

es que vencer esa fricción
requiere energía,

así que pierden energía por fricción.

De esta forma, las ruedas
contribuyen a la eficacia del combustible.

De hecho, ¿sabían que
un tercio del combustible

que le ponen al motor
de combustión interna

se gastará en compensar la fricción?

Un tercio.

La tribología nos ha ayudado
a reducir la fricción

y, por tanto, aumentar la eficacia
y disminuir las emisiones.

Mediante unos estudios,
Holmberg y Erdemir han mostrado

el impacto que tiene la tribología

en reducir el consumo de energía.

Al revisar un periodo de 20 años,
han descubierto que

tuvimos la oportunidad de reducir

el consumo de energía
de los vehículos

en más de un 60 %.

Si piensan en todos los vehículos que hay,
es mucha energía que puede ahorrarse.

Es parte del casi 9 % de energía
del consumo mundial actual

que los autores dicen que la tribología
puede ayudarnos a ahorrar.

Es una cantidad significativa.

Si miran los números,
la tribología hace cosas increíbles.

Mi colega ha identificado
más de 20 quads de energía

que puede ahorrarse solo en EE. UU.

Para verlo en perspectiva:

un quad de energía equivale a 180 millón
de millones de barriles de petróleo,

y la tribología nos ayuda
a ahorrar 20 veces eso.

Es gracias a nuevos materiales,
lubricantes y diseños innovadores

que las turbinas eólicas
son más eficaces y fiables.

Esto pasó juntando
a 31 personas en un cuarto

que ven el mundo
tras la lente de la tribología.

Imaginen las oportunidades
que se descubrirían

conforme más gente
empiece a ver la tribología.

Mis proyectos preferidos ahora
son los aplicados al aeroespacio.

Amo reducir la fricción y el desgaste
en ambientes tan exigentes.

Hago materiales y piezas

que reducirán la fricción
en motores y compuestos móviles

para reducir la fuerza
que se opone al movimiento.

Menos fuerza al moverse
implica menos potencia,

que implica un actuador más pequeño

que pesará menos

y ahorrará combustible.

También ayudo a crear piezas
que duran más al desgastarse menos.

Esto reduce los residuos

y se fabrican las piezas
con menos frecuencia,

ahorrando energía en la fabricación.

Les animo a ver la tribología
del mundo que les rodea

y pensar en cómo mejorarían
la interacción entre esas superficies.

Incluso la mejora más pequeña
suma considerablemente.

La tribología puede ser una palabra rara,

pero tiene un gran impacto
en nuestro mundo.

Gracias.

(Aplausos)