James Dyson Award ha revelado sus dos ganadores mundiales, que recibirán 35.000 € por resolver problemas de importancia mundial en medicina y sostenibilidad: Athena es el ganador mundial de Medicina. Creado por la diseñadora Olivia Humphreys (Irlanda) de 24 años, quien presenció la dolorosa batalla de su madre contra el cáncer, Athena es un dispositivo asequible y portátil para pacientes de quimioterapia que se basa en la refrigeración del cuero cabelludo para evitar la caída del cabello. Cuesta una veinteava parte del precio de la tecnología ya existente para este fin y puede utilizarse fuera del hospital, lo que reduce el tiempo que los pacientes se ven obligados a pasar en las salas médicas.
airXeed Radiosonde es el ganador mundial de Sostenibilidad. Creado por los investigadores de posdoctorado Shane Kyi Hla Win y Danial Sufiyan Bin Shaiful (Singapur), airXeed es un sensor reutilizable inspirado en la naturaleza utilizado para la predicción meteorológica. A diferencia de los globos meteorológicos actuales, no genera toneladas de residuos plásticos ni electrónicos y desciende inteligentemente como una semilla de arce para evitar colisiones con aeronaves y aterrizar en zonas de recogida designadas.
Este certamen internacional para estudiantes de diseño, que ya ha apoyado más de 400 inventos que resuelven problemas de jóvenes ingenieros y científicos, ha recibido este año casi 2.000 propuestas.
En relación con los ganadores de 2024, James Dyson ha comentado: “Hace casi 20 años creamos James Dyson Award para animar a los estudiantes universitarios a resolver problemas. Desde entonces hemos recibido miles y miles de candidaturas. Es maravillosamente alentador ver la cantidad de estudiantes que tienen soluciones a graves problemas mundiales. En lugar de sentarse y hablar de estos problemas, hacen algo al respecto, y eso es lo que fomenta James Dyson Award. Este año tenemos dos ganadores brillantes a los que estamos encantados de apoyar y espero que el premio les sirva de trampolín para futuros éxitos”. James Dyson sorprendió a Olivia, Shane y Danial con la emocionante noticia durante una videollamada online.
Ganador de Medicina– Athena, de Olivia Humphreys, de Irlanda.
El Problema
Entre el 65 y el 99% de los pacientes sometidos a quimioterapia sufrirán la caída del cabello como consecuencia de este tratamiento. Las técnicas actuales de prevención de la caída del cabello suelen recurrir al enfriamiento del cuero cabelludo, un método que consiste en aplicar temperaturas heladas en esta zona antes, durante y después de la quimioterapia. Ya que mitiga la caída del cabello al contraer los vasos sanguíneos y limitar el flujo de sangre al cuero cabelludo. Pero esta práctica puede resultar muy dolorosa para los pacientes. Además, después de la quimioterapia, el enfriamiento también puede ayudar a que el pelo vuelva a crecer más rápido y fuerte.
Sin embargo, la posibilidad de someter al paciente al enfriamiento del cuero cabelludo es limitada debido a su elevado coste. El proyecto ganador de Medicina de este año procede de Irlanda, donde el ministro de Sanidad estimó en 216.000 € el coste total de la instalación de una máquina para bajar la temperatura del cuero cabelludo, con costes adicionales de personal, ya que el tratamiento requiere ayuda adicional para manejar el equipo.
Garantizar que el equipo se adapte bien al paciente y al largo periodo de hospitalización son obstáculos adicionales. Existen alternativas de refrigeración manual más baratas, pero son menos potentes y no tienen efectos duraderos.
Además, no todos los hospitales ofrecen el enfriamiento del cuero cabelludo a los pacientes. De hecho, en Irlanda, el enfriamiento del cuero cabelludo sólo está disponible en ocho de los 86 hospitales del país.
La solución
Olivia Humphreys, graduada en diseño de producto y tecnología de 24 años, inventó Athena para abordar estos problemas después de presenciar el impacto de la pérdida de cabello inducida por la quimioterapia cuando a su madre le diagnosticaron cáncer en 2019. Tras pasar tiempo con ella durante el tratamiento, Olivia se inspiró para reinventar la tecnología de prevención de la caída del cabello.
Athena es un dispositivo portátil termoeléctrico de prevención de la caída del cabello que aplica frío en el cuero cabelludo. Es más rentable y ahorra más tiempo que los modelos hospitalarios actuales, sin comprometer la calidad del tratamiento.
Los productos actuales para reducir la temperatura del cuero cabelludo utilizan tecnología de refrigeración que requiere una conexión constante a la corriente. El paciente debe llegar al hospital con 30 minutos de antelación y permanecer 90 minutos después de la infusión para el enfriamiento previo y posterior del cuero cabelludo. Athena, que funciona con pilas y pesa unos 3 kg, consta de un maletín de transporte y un casco de refrigeración que se adapta a diferentes formas de cabeza y permite al paciente pasar menos tiempo en el hospital el día de la infusión de quimioterapia. Funciona con unos semiconductores termoeléctricos de bajo coste llamados Peltiers, que enfrían un depósito de agua que hace circular el agua fría por la cabeza con el ingenioso diseño del casco.
Con Athena, los pacientes pueden iniciar y finalizar ellos mismos el proceso de enfriamiento del cuero cabelludo desde donde quieran, hasta en la comodidad de su propia casa. A máxima potencia, puede funcionar durante 3,5 horas, lo que permite al paciente ir y volver del hospital mientras se enfría y moverse durante la infusión, por ejemplo, para ir al baño. Athena pretende devolver el control a los pacientes en un momento en que suelen tener muy poco. Es un dispositivo que se centra en el paciente y, por eso, Olivia también ha elegido colores vivos para sus materiales, a diferencia de los colores clínicos convencionales de los hospitales. Para Humphreys, Athena, que toma su nombre de la poderosa diosa griega de la sabiduría y la estrategia de batalla, es un símbolo de resistencia, una cualidad que se observa a menudo en quienes padecen una enfermedad tan grave como el cáncer y se someten a los tratamientos necesarios.
El coste estimado de Athena es de unos 1.000 €, según Olivia, una cifra significativamente inferior a la de las máquinas del sector, cuyo precio ronda los 20.000 €. Athena puede hacer que la prevención de la caída del cabello sea más accesible y asequible tanto para los pacientes como para los profesionales sanitarios. El escenario ideal para Olivia sería asociarse con hospitales y organizaciones benéficas para ofrecer Athena en régimen de alquiler o préstamo. Para llevarlo al siguiente nivel, es necesaria una amplia labor de investigación y desarrollo, que se pondrá en marcha con el premio en metálico de James Dyson Award. A largo plazo, Olivia está explorando nuevas tecnologías para futuros métodos de prevención de la caída del cabello que vayan más allá del enfriamiento del cuero cabelludo.
Olivia está explorando nuevas tecnologías para futuros métodos de prevención de la caída del cabello que vayan más allá del enfriamiento del cuero cabelludo.
James Dyson, fundador de Dyson, apunta: “Yo no he tenido cáncer, pero algunos miembros de mi familia sí lo han padecido y la caída del cabello es una parte especialmente deprimente y debilitante del tratamiento de quimioterapia. Se puede congelar el cuero cabelludo en instalaciones especiales, pero no siempre están disponibles, son caras y muy dolorosas. La ganadora de la edición médica de este año, Olivia Humphreys, se ha enfrentado a este problema diseñando Athena, un sistema portátil de refrigeración del cuero cabelludo. Se puede llevar a los viajes, en el coche de ida y vuelta al hospital, en casa... Es una alternativa de bajo coste al alcance de todos, con el potencial de marcar una verdadera diferencia”.
“Decidí construir un prototipo funcional para probar las capacidades de los semiconductores Peltier. Utilizando un sistema Peltier de refrigeración de ordenador, una bomba de diafragma, la vieja maleta de mi madre y la batería de avión de mi padre, conseguí crear una sólida prueba de concepto que me permitió recabar valiosas opiniones para desarrollarlo. A continuación, me centré en la forma del producto, creando modelos de cartón y espuma, y determinando los aspectos funcionales y los puntos de contacto para garantizar la mejor experiencia de usuario. Finalmente, llegué al modelo final, Athena, que se creó utilizando el modelado CAD 3D de SolidWorks”, comenta Olivia Humphreys sobre el desarrollo de Athena.
Al ganar el James Dyson Award, Olivia declaró: “Estoy increíblemente orgullosa del trabajo duro, la ambición y el compromiso que supuso la creación de Athena. El reconocimiento de James Dyson Award no solo valida mis esfuerzos, sino también las historias y los conocimientos compartidos por personas que han pasado por el tratamiento del cáncer. Mi madre inspiró este viaje y es increíblemente emotivo y gratificante que mi proyecto alcance este nivel. El galardón me ha motivado a reconocer mi potencial y me abre interesantes oportunidades como joven diseñadora e innovadora”.
Ganador de Sostenibilidad – airXeed Radiosonde, por Shane Kyi Hla Win y Danial Sufiyan Bin Shaiful de Singapur.
El problema
Cada día, estaciones meteorológicas de todo el mundo lanzan desde globos meteorológicos dispositivos que recogen datos atmosféricos fundamentales para realizar previsiones precisas. Estos pequeños dispositivos, llamados radiosondas, miden la presión atmosférica, la temperatura, la humedad, la velocidad, la dirección del viento y transmiten estos datos a las estaciones en tierra, ayudando a los meteorólogos a seguir los patrones del tiempo y a pronosticar las condiciones. Sin embargo, los dispositivos actuales son de un solo uso y generan toneladas de plástico y residuos electrónicos en todo el mundo.
Tras alcanzar grandes altitudes, el globo que transporta el dispositivo estalla y el sensor desciende rápidamente, estrellándose a menudo en lugares remotos y costosos de recuperar, sin recoger más datos atmosféricos mientras cae.
Hay 1.300 estaciones meteorológicas en todo el mundo y se prevé que liberen al menos dos radiosondas de un solo uso al día. Así pues, en un año se liberan casi un millón de radiosondas, con un coste de 190 millones de dólares y un volumen estimado de 48 toneladas de residuos electrónicos.
Estos dispositivos son cruciales para el sector de la previsión meteorológica, en rápido crecimiento y valorado en más de 2.250 millones de dólares en 2023. Se prevé que alcance aproximadamente 5.230 millones de dólares en 2032. Este crecimiento está impulsado por el aumento de la demanda de previsiones meteorológicas precisas en sectores como la agricultura, la energía, el transporte y la aviación. Los fenómenos meteorológicos extremos también han aumentado la demanda de mejores sistemas de previsión.
La solución
El ganador mundial de este año en Sostenibilidad aspira a que la predicción meteorológica sea más respetuosa con el medio ambiente. airXeed Radiosonde es un dispositivo reutilizable que hace frente a la cantidad de residuos electrónicos que generan las radiosondas de un solo uso del mercado. También pretende aumentar la cantidad de datos atmosféricos que recogen estos dispositivos, mejorando así la calidad de las previsiones.
Los jóvenes ingenieros Shane Kyi Hla Win y Danial Sufiyan Bin Shaiful, de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur, se inspiraron en la naturaleza para crear la airXeed Radiosonde. Su objetivo era mejorar el descenso y el final de la vida útil de una radiosonda para hacerlas reutilizables, reducir los residuos electrónicos y minimizar la contaminación en zonas remotas.
El equipo utilizó la autorrotación de las semillas de arce para su solución. La forma asimétrica de una semilla de arce crea sustentación y resistencia, lo que le permite girar como un helicóptero al caer. Shane y Danial aplicaron este principio al diseño de su radiosonda, permitiéndole girar en espiral durante el descenso. Esto no sólo ralentiza el aparato, evitando que se dañe al impactar contra el suelo, sino que también aumenta la probabilidad de que aterrice en un lugar accesible, lo que facilita su recuperación y reutilización. El equipo utilizó el aprendizaje automático para optimizar este diseño y obtener el mejor rendimiento de vuelo. El descenso controlado de airXeed le permite recoger y transmitir más datos atmosféricos a las estaciones meteorológicas, ya que las radiosondas tradicionales no pueden hacerlo.
Para evitar colisiones con aviones y condiciones de mucho viento que podrían desviar el descenso, el aparato de Shane y Danial deja de autorrotar cuando pasa por la altitud de crucero del avión. Entra en modo de inmersión para aumentar su velocidad. El equipo también ha añadido un controlador a bordo para gestionar la estabilidad del dispositivo y la trayectoria de vuelo para aterrizar sin impacto cerca de la zona de recogida más cercana para su reutilización. Este controlador está mejorado mediante machine learning para estimar la velocidad y dirección del viento a bordo, así como para seleccionar el mejor lugar de aterrizaje. Las zonas de recogida se establecerían en función de los patrones meteorológicos y la colaboración de las administraciones locales. Equipada con GPS y navegación de vuelo, la radiosonda seleccionaría la zona de recogida óptima entre múltiples opciones en cada estación meteorológica, garantizando un retorno suave en función de la meteorología y la trayectoria de vuelo.
Shane y Danial dieron prioridad a la sostenibilidad en la elección de materiales, utilizando madera de balsa y espuma para el ala ligera y el carenado. Los componentes modulares permiten sustituir y reciclar fácilmente las piezas desgastadas, atendiendo a las necesidades de la industria.
Tras ganar James Dyson Award, Shane y Danial esperan colaborar con más estaciones meteorológicas y fabricantes de sensores meteorológicos para realizar pruebas en condiciones reales que les permitan recabar datos y opiniones para mejorar su invento y, en última instancia, sacar al mercado la airXeed Radiosonde.
James Dyson, fundador de Dyson, ha comentado: “Los globos meteorológicos que recogen información atmosférica vuelven a la Tierra y contaminan el medio ambiente con residuos electrónicos. Shane y Danial, nuestros ganadores de Sostenibilidad han encontrado una forma de devolver estos aparatos a la Tierra de forma muy inteligente, allí donde los operadores quieran que aterricen. airXeed Radiosonde utiliza el principio de la semilla de arce, descendiendo suavemente como un helicóptero, pero también en picado en zonas donde es probable que haya aviones. Se trata de un detector meteorológico reutilizable, que ahorra residuos medioambientales y dinero. Me parece una idea muy inteligente”.
Al ganar el James Dyson Award, Shane dijo: “Ganar el premio mundial a la Sostenibilidad James Dyson Award es un gran paso adelante para nosotros. Demuestra que nuestro diseño tiene potencial y nos da una plataforma para mostrar cómo la airXeed Radiosonde puede mejorar positivamente la industria meteorológica; oírlo de boca del propio James Dyson lo hace aún más especial. Es increíblemente motivador que una figura tan destacada de la innovación dedique tiempo a animar a jóvenes inventores como nosotros, que desarrollan soluciones sostenibles y abordan retos mundiales cruciales”.
Sobre el futuro del equipo, Danial ha dicho: “Con el reconocimiento obtenido, esperamos ponernos en contacto con expertos del sector meteorológico, conseguir colaboraciones y atraer financiación para seguir probando y desarrollando nuestro diseño. Es un gran impulso en nuestro camino para convertir airXeed Radiosonde en una solución totalmente realizable que pueda reducir los residuos electrónicos y hacer que la vigilancia meteorológica sea más inteligente y sostenible”.
Choo Huat Aik, Covering director del Servicio Meteorológico de Singapur, ha señalado: “Las observaciones con radiosondas son fundamentales en meteorología, ya que proporcionan perfiles verticales detallados de temperatura, humedad, presión y viento a través de la atmósfera. Estamos encantados de ver cómo jóvenes inventores como Shane y Danial se interesan por la sostenibilidad medioambiental de las radiosondas con innovaciones que ofrecen la posibilidad de recuperarlas y reutilizarlas, y los animamos a seguir investigando con vistas a desarrollar soluciones prácticas que puedan servir de apoyo a la industria meteorológica".