Simulaciones por computadora revelan que la rueda se inventó hace casi 6,000 años

Imagina que eres un minero de cobre en el sureste de Europa en el año 3,900 a. C. Día tras día transportas mineral de cobre por los sofocantes túneles de la mina. Te has resignado a la agotadora monotonía de la vida minera. Entonces, una tarde, presencias a un compañero haciendo algo extraordinario.

Con un artilugio de aspecto extraño, transporta con naturalidad el equivalente a tres veces su peso corporal en un solo viaje. Al regresar a la mina a buscar otra carga, de repente te das cuenta de que la profesión que has elegido está a punto de volverse 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.

A pesar del inmensurable impacto de la rueda, nadie sabe con certeza quién la inventó, ni cuándo ni dónde se concibió por primera vez. El escenario hipotético descrito anteriormente se basa en una teoría de 2015 que afirma que los mineros de los Cárpatos (actual Hungría) inventaron la rueda hace casi 6,000 años como medio para transportar mineral de cobre.

Esta teoría se sustenta en el descubrimiento de más de 150 carrozas miniaturizadas por arqueólogos que trabajan en la región. Estos diminutos modelos de cuatro ruedas estaban hechos de arcilla, y sus superficies exteriores presentaban un grabado con un patrón de mimbre que recuerda a la cestería utilizada por las comunidades mineras de la época. La datación por carbono reveló posteriormente que estos vagones son las representaciones más antiguas conocidas de transporte sobre ruedas hasta la fecha.

Esta teoría también plantea una pregunta de especial interés para mí, ingeniero aeroespacial que estudia la ciencia del diseño de ingeniería: ¿Cómo descubrió la rueda una sociedad minera desconocida y científicamente ingenua, cuando civilizaciones muy avanzadas, como los antiguos egipcios, no lo hicieron?

Una idea controvertida

Durante mucho tiempo se ha asumido que las ruedas evolucionaron a partir de simples rodillos de madera. Pero hasta hace poco, nadie podía explicar cómo ni por qué se producía esta transformación. Es más, a partir de la década de 1960, algunos investigadores comenzaron a expresar serias dudas sobre la teoría de rodillos a ruedas.

Después de todo, para que los rodillos sean útiles, requieren un terreno llano y firme, y un camino sin pendientes ni curvas cerradas. Además, una vez que el carro pasa por ellos, los rodillos usados ​​deben ser llevados continuamente al frente de la fila para mantener la carga en movimiento. Por todas estas razones, en la antigüedad los rodillos se usaban con moderación. Según los escépticos, eran demasiado escasos y poco prácticos como para haber sido el punto de partida de la evolución de la rueda.

Pero una mina, con sus pasadizos cerrados y artificiales, habría proporcionado condiciones favorables para los rodillos. Este factor, entre otros, impulsó a mi equipo a revisar la hipótesis de los rodillos.

Un punto de inflexión

La transición de rodillos a ruedas requiere dos innovaciones clave. La primera es una modificación del carro que transporta la carga. La base del carro debe estar equipada con alojamientos semicirculares que sujetan los rodillos en su lugar. De esta manera, a medida que el operador tira del carro, los rodillos son arrastrados con él.

Esta innovación pudo haber estado motivada por la naturaleza confinada del entorno minero, donde tener que transportar periódicamente los rodillos usados ​​de vuelta a la parte delantera del carro habría sido especialmente oneroso.

El descubrimiento de los rodillos con alojamiento representó 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 propios rodillos. Para comprender cómo y por qué se produjo este cambio, recurrimos a la física y a la ingeniería asistida por computadora.

Simulación de la evolución de la rueda

Para comenzar nuestra investigación, creamos un programa informático diseñado para simular la evolución de un rodillo a una rueda. Nuestra hipótesis fue que esta transformación se debía a un fenómeno llamado “ventaja mecánica”. Este mismo principio permite que las pinzas aumenten la fuerza de agarre del usuario al proporcionar mayor palanca. De igual manera, si pudiéramos modificar la forma del rodillo para generar ventaja mecánica, esto aumentaría la fuerza de empuje del usuario, facilitando el avance del carrito.

Nuestro algoritmo funcionó modelando cientos de posibles formas de rodillos y evaluando el rendimiento de cada una, tanto en términos de ventaja mecánica como de resistencia estructural. Esta última se utilizó para determinar si un rodillo determinado se rompería bajo el peso de la carga. Como se predijo, el algoritmo finalmente convergió en la forma familiar de rueda y eje, que determinó como óptima.

Durante la ejecución del algoritmo, cada nuevo diseño tuvo un rendimiento ligeramente superior al de su predecesor. Creemos que un proceso evolutivo similar 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 entre el rodillo y el alojamiento provocara el desgaste de la madera circundante, lo que provocó 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 sortear pequeños obstáculos en el suelo.

En cualquier caso, gracias a la ventaja mecánica, este estrechamiento de la región del eje facilitó el empuje de los carros. Con el paso del tiempo, los diseños de mayor rendimiento se vieron favorecidos repetidamente, y se diseñaron nuevos rodillos para imitar estos de mayor rendimiento.

Como consecuencia, los rodillos se fueron estrechando cada vez más, hasta que solo quedó una delgada barra rematada en ambos extremos por grandes discos. Esta estructura rudimentaria marca el nacimiento de lo que hoy llamamos «la rueda».

Según nuestra teoría, no hubo un momento preciso en el que se inventara la rueda. Más bien, al igual que la evolución de las especies, la rueda surgió gradualmente a partir de una acumulación de pequeñas mejoras.

Este es solo uno de los muchos capítulos de la larga y continua evolución de la rueda. Más de 5000 años después de las contribuciones de los mineros de los Cárpatos, un mecánico de bicicletas parisino inventó los rodamientos radiales de bolas, que revolucionaron una vez más el transporte sobre ruedas.

Irónicamente, los rodamientos de bolas son conceptualmente idénticos a los rodillos, el precursor evolutivo de la rueda. Los rodamientos de bolas forman un anillo alrededor del eje, creando una interfaz de rodadura entre el eje y el buje de la rueda, evitando así la fricción. Con esta innovación, la evolución de la rueda se completó.

Este ejemplo también muestra cómo la evolución de la rueda, al igual que su forma icónica, sigue un camino tortuoso: sin principio ni fin claros, con innumerables revoluciones silenciosas a lo largo del camino.

Kai James es profesor de ingeniería aeroespacial en el Instituto Tecnológico de Georgia.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original aquí.