Think about que eres un minero de cobre en el sureste de Europa en el año 3900 a. C. Día tras día, transportas mineral de cobre a través de los túneles sofocantes de la mina.
Te has resignado a la agotadora monotonía de la vida minera. Entonces, una tarde, eres testigo de un compañero de trabajo haciendo algo notable.
Con un artilugio extraño, transporta casualmente el equivalente a tres veces su peso corporal en un solo viaje. A medida que regresa a la mina para obtener otra carga, de repente se te ocurre que tu profesión elegida está a punto de ser mucho menos exigente y mucho más lucrativa.
Lo que no te das cuenta: estás presenciando algo que cambiará el curso de la historia, no solo para tu pequeña comunidad minera, sino para toda la humanidad.
Una ilustración generada por IA de cómo pueden haber sido los carros mineros originales utilizados en las montañas de los Cárpatos en 3900 a. C.
A pesar del impacto inconmensurable de la rueda, nadie está seguro de quién lo inventó, o cuándo y dónde se concibió por primera vez. El escenario hipotético descrito anteriormente es Basado en una teoría de 2015 Que los mineros en las montañas de los Cárpatos, en la Hungría precise, inventaron la rueda hace casi 6,000 años como un medio para transportar mineral de cobre.
La teoría está respaldada por el descubrimiento de Más de 150 vagones miniaturizados por arqueólogos que trabajan en la región. Estos modelos de cuatro ruedas del tamaño de una pinta estaban hechos de arcilla, y sus superficies externas estaban grabadas con un patrón de mimbrework que recuerda a la cestería utilizada por las comunidades mineras en ese momento. La datación de carbono más tarde reveló que estos vagones son las primeras representaciones conocidas del transporte con ruedas hasta la fecha.
Esta teoría también plantea una cuestión de specific interés para mí, un ingeniero aeroespacial quien estudia el Ciencia del diseño de ingeniería. ¿Cómo descubrió una sociedad minera oscura y científicamente ingenua, cuando las civilizaciones altamente avanzadas, como los antiguos egipciosno lo hizo?
Una thought controvertida
Durante mucho tiempo se ha asumido que Las ruedas evolucionaron de simples rodillos de madera. Pero hasta hace poco nadie podía explicar cómo o por qué tuvo lugar esta transformación. Además, a partir de la década de 1960, algunos investigadores comenzaron a expresar fuertes dudas sobre la teoría del rodillo a la rueda.
Después de todo, para que los rodillos sean útiles, requieren terreno plano y firme y un camino libre de pendientes y curvas afiladas. Además, una vez que el carrito los pasa, los rodillos usados deben ser continuamente llevados al frente de la línea para mantener la carga en movimiento. Por todas estas razones, el mundo antiguo Rolleros usados con moderación. Según los escépticos, los rodillos eran demasiado raros y poco prácticos para haber sido el punto de partida para la evolución de la rueda.
Pero una mina, con sus pasillos cerrados y hechos por el humano, habría proporcionado condiciones favorables para los rodillos. Este issue, entre otros, obligó a mi equipo a volver a visitar la hipótesis del rodillo.
Etapas clave en la evolución de las primeras ruedas, que comienzan desde simples rodillos y finalmente llegan a una estructura de rueda y eje en la que un eje delgado está conectado a grandes discos sólidos, o ruedas, en ambos extremos. Crédito de la imagen: Kai James
Un punto de inflexión
La transición de los rodillos a las ruedas requiere dos innovaciones clave. El primero es una modificación del carro que lleva la carga. La base del carro debe estar equipada con enchufes semicirculares, que mantienen los rodillos en su lugar. De esta manera, cuando el operador tira del carrito, los rodillos se tiran junto con él.
Esta innovación puede haber sido motivada por la naturaleza confinada del entorno de la mina, donde tener que llevar periódicamente los rodillos usados hacia la parte delantera del carro habría sido especialmente onerosa.
El descubrimiento de los rodillos enchufados representaba un punto de inflexión en la evolución de la rueda y allanó el camino para la segunda y más importante innovación. Este siguiente paso implicó un cambio en los Rollers mismos. Para comprender cómo y por qué ocurrió este cambio, recurrimos a la física y la ingeniería asistida por computadora.
Simulando la evolución de la rueda
Para comenzar Nuestra investigacióncreamos un programa de computadora diseñado para simular la evolución de un rodillo a una rueda. Nuestra hipótesis fue que esta transformación fue impulsada por un fenómeno llamado “ventaja mecánica. ” Este mismo principio permite que los alicates amplifiquen la resistencia al agarre de un usuario al proporcionar apalancamiento adicional.
Nuestro algoritmo trabajó modelando cientos de formas potenciales de rodillos y evaluando cómo se desempeñó cada uno, tanto en términos de ventaja mecánica como de resistencia estructural. Este último se usó para determinar si un rodillo dado se rompería bajo el peso de la carga. Como se predijo, el algoritmo finalmente convergió sobre la forma acquainted de rueda y eje, que determinó que period óptima.
Una simulación por computadora de la evolución de un rodillo a una estructura de rueda y eje. Cada imagen representa un diseño evaluado por el algoritmo. La búsqueda finalmente converge sobre el diseño acquainted de rueda y eje. Crédito de la imagen: Kai James
Durante la ejecución del algoritmo, cada nuevo diseño funcionó ligeramente mejor que su predecesor. Creemos que un proceso evolutivo comparable se desarrolló con los mineros hace 6,000 años.
No está claro qué impulsó inicialmente a los mineros a explorar formas alternativas de rodillos. Una posibilidad es que la fricción en la interfaz de rollo de rodillo causó que la madera circundante se desgastara, lo que llevó a un ligero estrechamiento del rodillo en el punto de contacto. Otra teoría es que los mineros comenzaron a adelgazar los rodillos para que sus carros pudieran pasar sobre pequeñas obstrucciones en el suelo.
De cualquier manera, gracias a la ventaja mecánica, este estrechamiento de la región del eje hizo que los carros sean más fáciles de empujar. A medida que pasaba el tiempo, los diseños de mejor rendimiento fueron favorecidos repetidamente sobre los demás, y se elaboraron nuevos rodillos para imitar a estos mejores artistas.
En consecuencia, los rodillos se volvieron cada vez más estrechos, hasta que todo lo que quedó fue una barra delgada limitada en ambos extremos por grandes discos. Esta estructura rudimentaria marca el nacimiento de lo que ahora llamamos “la rueda”.
Según nuestra teoría, no hubo un momento preciso en el que se inventó la rueda. Más bien, al igual que la evolución de las especies, la rueda surgió gradualmente de una acumulación de pequeñas mejoras.
Este es solo uno de los muchos capítulos en la evolución larga y continua de la rueda. Más de 5,000 años después de las contribuciones de los mineros de los Cárpatos, un mecánico de bicicletas parisinas rodamientos de bolas radiales inventadosque una vez más revolucionó el transporte con ruedas.
Irónicamente, los rodamientos de bolas son conceptualmente idénticos a los rodillos, el precursor evolutivo de la rueda. Rodamientos formar un anillo alrededor del ejecreando una interfaz rodante entre el eje y el cubo de la rueda, eludiendo así la fricción. Con esta innovación, la evolución de la rueda cerró el círculo.
Este ejemplo también muestra cómo la evolución de la rueda, al igual que su forma icónica, traza un camino tortuoso, uno sin comienzo claro, sin fin e innumerables revoluciones silenciosas en el camino.
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