Física computacional en la Fórmula 1: la ciencia que nos hace ser más rápidos

Por Alfonso Castro, director del ‘Máster en Data Science & Big Data’ y profesor en el Doble Grado en ‘Ingeniería del Software y Física Computacional’ en el Centro Universitario U-tad.

Para la mayoría de nosotros, prácticamente desconocedores de los interiores de la Formula 1, no sólo los pilotos hacen posible el espectáculo. Detrás hay un amplio capital humano, mecánicos e ingenieros, que con su trabajo frenético en los boxes hacen posible motores más rápidos y coches más ligeros y aerodinámicos. Este trabajo alcanza un grado muy alto de especialización gracias a expertos en software, matemáticas, Big Data y física computacional. Las simulaciones por ordenador ayudan a conseguir un alto grado de aerodinamismo en los vehículos que posteriormente se refleja en los resultados en pista.

Y es que, en el mundo del automovilismo en general, estudiar y simular fenómenos a través de la física computacional es básico para saber la manera más optima de diseñar y desarrollar cada pieza de los monoplazas. Con ayuda de las nuevas tecnologías en almacenamiento y computación distribuida, estos ingenieros realizan complejos cálculos que tienen que ver con la resistencia de los materiales, con el comportamiento de los diferentes elementos estructurales o con la aerodinámica de las carrocerías. Así, la dinámica de fluidos computacional (CFD) es la técnica más avanzada para modelar y predecir los flujos de aire y generar los mapas de presiones en el contorno de los coches determinando las líneas de aire que pueden frenar el coche. La realización de estos modelos se ha convertido en un complemento perfecto para obtener resultados fiables de rendimiento junto con el túnel de viento.

La física computacional ayuda a estudiar el comportamiento de los coches en pista, utilizando un circuito virtual cuyas condiciones, asfalto y perfil de baches, han sido escaneadas previamente. Para ello, se realizan múltiples simulaciones que permiten obtener gráficas del comportamiento de los amortiguadores al paso por las curvas o por los pianos. Así se consigue ajustar las suspensiones en función de criterios como el control de alturas o la huella de contacto para cada uno de los circuitos.

Los neumáticos son las únicas piezas del coche que permiten una ventaja sustancial en el tiempo por vuelta. Con los conocimientos en física computacional, se generan modelos de neumáticos que permiten mostrar cómo se comportarían con ciertas cargas. Los modelos de ruedas incluyen características como forma de la huella, optimización de los ángulos de presión o distribución de las fuerzas en las llantas, que condicionan directamente el modelo aerodinámico. A pesar de los avances, todavía se tiene trabajo por realizar, ya que se está lejos de poder predecir la temperatura que van a alcanzar los neumáticos y la degradación asociada.

Después de haber construido un coche, se pasa a realizar el análisis de los datos en carrera. Para ello, se recoge información de un increíble número de sensores que incorporan los monoplazas, y que permiten a los ingenieros de Big Data tomar decisiones en tiempo real como determinar el momento óptimo para entrar a cambiar los neumáticos. De este modo, los equipos de las escuderías que compiten en los principales Grandes Premios tratan de predecir cada posible imprevisto durante la carrera, y cuál es la mejor manera de resolverlo, utilizando modelos predictivos de aprendizaje automático o inteligencia artificial.

Profesionales con un prometedor futuro en todos los sectores

En la actualidad ya son muchos los sectores industriales que emplean la física computacional, una ciencia que, como decimos, se sirve del uso de los ordenadores para simular, mediante cálculos, el comportamiento de cualquier sistema físico. Gracias a ella, las empresas que la aplican pueden predecir con precisión cómo se comportarán sus productos a través de “gemelos digitales”, sin necesidad de tener que fabricarlos a escala real. Las aplicaciones son ilimitadas, y pueden aplicarse a cómo funcionan todas las cosas que nos rodean: la luz, el sonido, el calor, la meteorología, los seísmos, el sistema solar…

Actualmente la demanda de este tipo de profesionales con formación científico-tecnológica es cada vez mayor, y esta tendencia se ha visto acelerada en los últimos meses tras la pandemia. Se trata de una profesión con una gran proyección de futuro, ya que no existen muchos lugares donde estudiar, de manera combinada, ingeniería del software y física computacional -de hecho, U-tad es la única universidad en España que impartirá, a partir del próximo mes de septiembre, el primer Doble Grado en ‘Ingeniería del Software y Física Computacional’-.

A parte de la Fórmula 1, existen otros muchos campos tanto dentro como fuera del mundo de los deportes en los que la física computacional es muy importante, entre estos campos destacamos la geolocalización, la detección de ondas gravitatorias o la simulación de un tsunami.

Una revolución que sin duda dará mucho que hablar tanto en el mundo del deporte como en el resto de sectores industriales.

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