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1. Ciencia, ingeniería y el diseño 



Teoría sin práctica no puede sobrevivir y muere tan rápido como vive. El que ama la práctica sin la teoría es como el marinero que sube a un barco sin timón y brújula y nunca podrá saber a dónde va[1].

Leonardo da Vinci


Quienes persiguen nuevos horizontes para ampliar sus conocimientos, evaluar su trabajo y explicar sus métodos profesionales; quienes aplican sus habilidades confiablemente y productivamente a los problemas técnicos y científicos. Estos trabajan en conjunto y en intercambio de roles para la creación de innovaciones útiles y el alcance de metas específicas. La ciencia a menudo se describe como el estudio de la verdad sobre el mundo  natural, mientras que la ingeniería y el diseño están dedicados a la creación de algo nuevo en “un mundo hecho”. 


La investigación aplicada es impulsada por la misión de una sociedad sobre sí misma, en esta los científicos e ingenieros trabajan estrechamente para comprender los problemas naturales y hechos de la mecánica en el mundo de las cosas. Asumir problemas reales requiere tomarse el tiempo para aprender el lenguaje de la ingeniería y la fuerza creativa de los científicos, aplicados para atender los problemas definidos por otros, usualmente los diseñadores, estos personajes son atraídos por la solución de problemas sociales, de salud, o de impacto económico y ambiental. A las personas dedicadas a la ciencia aplicada-básica les llamaremos en este texto investigadores, por ser esta habilidad la esencia del desarrollo ético de la sociedad. 


Los investigadores aplicados buscan soluciones prácticas y directrices, y su satisfacción es intensificada si su solución puede alcanzar amplia aplicabilidad. Están especialmente encantados de ver la pronta aplicación de su trabajo a objetivos de aumento de rendimiento agrícola, elevar la calidad de fabricación o reducir el impacto en los ecosistemas. 


La investigación aplicada examina complejas interacciones entre múltiples variables,  los problemas aplicados a menudo son complejos, dichas variables no pueden controlarse fácilmente debido al rico y cambiante contexto, es decir, en problemas en que las soluciones funcionan y a veces no, debido a las condiciones cambiantes. A veces soluciones en situaciones complejas no pueden venir con explicaciones causales (causa-efecto) y por lo tanto estas soluciones necesitan revisión cuando cambian las condiciones.


La investigación aplicada utiliza escenarios realistas (más que idealizados), investigadores aplicados disfrutan trabajando en situaciones reales, e intentando varias soluciones se da la refinación de ideas prometedoras y al ensuciarse las manos se gana el honor de ser parte de la innovación. Estos prosperan en situaciones difíciles que les obligan a aprender más, intentan muchas soluciones y fallan con frecuencia hasta encontrar el éxito.


Los investigadores aplicados argumentan en su estrecho enfoque, la socavación de intereses en los principios universales en forma de teorías y predicciones. Los críticos se quejan de la investigación aplicada por dirigirse a objetivos a corto plazo con aportes incrementales, en lugar de problemas a largo plazo en avances fundamentales para conocer el universo. Estas preocupaciones legítimas pueden reducirse mediante la comunicación con investigadores básicos que podrían proporcionar conceptos, lenguaje y métodos para mejorar la investigación aplicada, recordando los comentarios de Kurt Lewin: “no hay nada más práctico que una buena teoría”. 


1.1 ¿Qué es la investigación básica?


Ejemplos contemporáneos de investigación básica incluyen la búsqueda del bosón de Higgs, la búsqueda de los agujeros negros interestelares y el proyecto de la dinámica del genoma humano. 


La investigación básica se caracteriza por los siguientes rasgos:


La investigación básica es conducida por la curiosidad, o una unidad para entender el mundo en que vivimos, en lugar de la necesidad de resolver un problema existente. Proviene de observaciones del mundo, un deseo de organizar el conocimiento y un afán de predecir cómo se comportará el mundo. Incluyen los cuestionamientos sobre el mundo natural, la mayoría de los observadores están encantados de permitir a los individuos seguir su curiosidad, cuando ellos o sus organizaciones buscan fondos públicos, es apropiado el cuestionamiento de ¿cuánta curiosidad es adecuada para conducir la exploración? Un criterio central es si las respuestas son procesables en la naturaleza del beneficio que se busca.


Investigadores básicos emplean modelos reduccionistas, que presuponen que se puede estudiar fenómenos cambiando una variable a la vez. Investigadores básicos pueden ser naturalistas explorando bosques, pero la investigación básica está sujeta a condiciones de laboratorio donde se pueden controlar las condiciones para limitar la variabilidad y promover la replicabilidad. El proceso de resolver un problema a la vez, en la creencia de que armando resultados independientes se pueden explicar más fenómenos interconectados.


Investigación básica es la búsqueda de principios universales, sus partidarios afirman que conduce a predicciones y teorías generales. Promotores de la investigación básica creen que su trabajo dará lugar a la amplia comprensión de múltiples fenómenos. Los críticos sostienen que un enfoque estrecho en casos especiales en los experimentos controlados no pueden generalizarse cuando los resultados son aplicados más ampliamente.


Investigación básica se basa en simplificaciones e idealizaciones, la abstracción de fenómenos complejos son aceptables para facilitar la investigación. Los físicos estudian la atracción gravitacional entre cuerpos suponiendo que la masa de cada cuerpo se concentra en un solo punto; del mismo modo, los teóricos de la red social asumen que todos los nodos en una gráfica poseen las mismas propiedades. Estas simplificaciones y el uso de datos sintéticos distribuidos uniforme o normalmente, en lugar de datos reales con distribuciones inusuales, facilitan la investigación y ayudan a la aplicación en otros problemas idealizados. Investigadores básicos ven estas simplificaciones como limpias y problemas claros que generan soluciones elegantes.


1.2 Modelos  de procesos de investigación


Promotores de la investigación básica y aplicada son definidos de acuerdo al tipo de problemas que atienden. También difieren en cómo seleccionan los problemas, llevan a cabo su trabajo y luego promueven sus soluciones. Investigadores básicos acarician el “modelo lineal” en el que la investigación básica conduce a la investigación aplicada, el desarrollo y finalmente la producción y operación. La etapa de desarrollo perfecciona prácticas o software de amplio uso, acerca tecnologías a un gran público o conduce a productos y servicios comerciales. El modelo lineal da prioridad a la investigación básica viéndola como el precursor de la investigación aplicada.


Es la interacción entre ciencia fundamental y la ciencia aplicada la interfaz entre muchas disciplinas que crean nuevas ideas. Los inventores de la rueda eran investigadores básicos y aplicados simultáneamente, actuando como científicos, ingenieros y diseñadores reunieron experiencias y conocimientos diversos, sus investigaciones requerían de pruebas de teoría física primitiva, toma de decisiones de ingeniería mecánica cruda y aplicar principios de diseño del producto bruto.

 

En el presente siglo los investigadores trabajan en la construcción de coches eléctricos  y de operación automática transformando la idea legítima de un conductor y la jurisprudencia sobre la responsabilidad de posibles accidentes. El ambicioso y visionario Elon Musk dirige el esfuerzo de  Tesla Motors para el diseño, ingeniería y construcción de coches eléctricos con pilas con el rendimiento de un coche de carreras, atractivo para el alto consumidor y a un precio competitivo, mientras realizó la investigación básica y aplicada en nuevos materiales, la química de la batería y preferencias de los consumidores. Esto es una clara aplicación del principio, que hace hincapié en la necesidad de combinar los métodos de la ciencia, ingeniería y diseño. 


Del mismo modo, investigadores de ciencia, ingeniería y diseño están trabajando para ofrecer atención médica de alta calidad para todos. La ciencia médica mejorada, fármacos más eficaces y más seguros y hospitales bien diseñados con profesionales capacitados, constituyen un punto de partida donde las tecnologías de los medios de comunicación social pueden ser diseñadas para fomentar los cambios de comportamiento necesarios para promover el dejar de fumar, la reducción de la obesidad y la prevención del cáncer; los negocios pueden alentarse a reducir la contaminación de procesos industriales limitando contaminantes perjudiciales en sus productos. Un modelo para el cambio es pasar de brindar atención médica para la enfermedad a la promoción de estilos de vida saludables, con dieta y ejercicio para lograr el bienestar, así como limitar el contacto con los contaminantes. Permanecen preguntas de investigación básica de motivación hacia la adopción de mejores hábitos, preguntas de investigación aplicada describen que las poblaciones responden mejor a las recompensas financieras, sociales o personales. En ninguna disciplina se encuentran todas las respuestas, pero la combinación de las disciplinas puede producir dramáticos progresos. 


Mientras experimentos controlados orientados a la ciencia tradicional siguen siendo valiosos, los orientados al diseño y la ciencia de estudios de casos aplicados en laboratorios, modifican el estilo de vida al probar nuevas ideas que están ganando adeptos. El ciclo de independencia de la ciencia, ingeniería y diseño pueden ser comparados con una planta que prospera cuando las semillas reciben suficiente agua y nutrientes para crecer con raíces fuertes y generar flores que producen más semillas. Las raíces anclan la planta firmemente en el suelo y le permiten producir brotes cuya función es sustentar la flor. A su vez la flor existe para producir semillas que son necesarias para formar la siguiente generación de semillas que garantice la supervivencia de la especie. Esta metáfora describe tres clases de pensamiento, cada uno con distintas maneras de formular problemas. En la semilla el pensamiento se concentra en la base científica del problema, los científicos lo ven como fuente de crecimiento posterior. En la raíz el pensamiento se establece como el anclaje robusto de la planta, proveyendo de nutrientes que permiten el crecimiento de los tallos y las hojas reúnen la energía, ingenieros evocan la durabilidad frente a las sequías o inundaciones. En la flor el pensamiento produce flores de colores fragantes atractivas a los polinizadores y que finalmente producen la siguiente generación de semillas, los ingenieros están ligados a soluciones de gestión de energía y soportes estructurales. Los diseñadores pueden ser atraídos por la metáfora de la flor porque se alinea con su creencia de que sus contribuciones a menudo, conducen a la formación de la nueva generación de problemas en las semillas.


Los miembros de la sociedad del conocimiento, afirman que los esfuerzos en su investigación están orientados a las necesidades de las personas en salud, seguridad, comunicación, energía y medio ambiente. Las actividades de investigación se orientan a resultados, tratando de poner en práctica resultados de la investigación innovadora en aplicaciones industriales y sociales. La combinación de ciencia básica y problemas aplicados conduce a un flujo constante de aproximadamente miles de publicaciones de investigaciones por año en conferencias y revistas.


La política de acceso abierto de la información científica es un modelo a seguir, un deber de informar al público en general y poner a disposición versiones de textos completos  de todos los documentos y artículos con la excepción de la información confidencial conferida para los clientes. Esto permite la colaboración con diversos institutos, aplican métodos formales como inspecciones, análisis de códigos y pruebas para validar y verificar las tecnologías y los sistemas médicos.


Los cambios en el plan de estudio moderno envían una señal a los estudiantes de ciencias, en sus cursos participarán en proyectos de colaboración empleando ejemplos que propician soluciones creativas a problemas significativos. Una mayor exposición a la ciencia e ingeniería les conferirá una base más sólida, la adopción de estrategias experimentales y una capacidad de trabajo multidisciplinar que les permitirá pensar en términos más generales.


Otro signo de cambio de actitud es el análisis de logros históricos, ahora es más claro cómo ingenieros y diseñadores a menudo condujeron innovaciones que solo fueron confirmadas y reclamadas en ocasiones por los científicos. El éxito de la ingeniería desafió la comprensión científica en muchos casos.


Un enfoque mixto, celebra el trabajo en equipo cercano y aumenta el respeto a la diversidad. No hay necesidad para competir en el dominio, cuando la colaboración será más productiva para todos abordando las preocupaciones éticas, estas incluyen equidad en las colaboraciones, honestidad en la presentación de informes y la responsabilidad en posibles simulaciones en la objetividad.


Algunos investigadores tienen preocupaciones acerca de si los temas de investigación, tales como física nuclear, células madre o vigilancia en internet son apropiados para su investigación. Ingenieros certificados son profesionales que tienen obligaciones legales sobre la calidad y métodos de su trabajo, pero también se han comprometido a informar sus comportamientos incorrectos, compartiendo la preocupación de los científicos sobre qué temas son aceptables y cómo realizan su trabajo. Investigadores de diseño suelen levantar cuestiones éticas sobre el impacto de diversos actores, tratan activamente de evitar consecuencias no deseadas como el mal uso de agentes malignos, destrucción del medio ambiente o violación de los derechos humanos.


Los últimos 400 años han sido un gran éxito para la investigación básica en las ciencias naturales y el trabajo debe continuar. Hay convincentes preguntas de investigación básica establecidas que desencadenan un interés generalizado, cuestionamientos sobre los fenómenos del universo y la soberanía intelectual, desde lo que sucedió en el Big Bang al inicio del universo, hasta la comprensión más profunda de la materia en el estudio de la supersimetría o el bosón de Higgs, el origen de la conciencia y la creatividad humana. ¿Cómo puede cambiar el comportamiento humano para reducir su violencia?, se están revisando los sistemas lingüísticos de razonamiento, leyes por las que se rigen la socialización y su interacción con el medio ambiente para preservarlo sustentable.


Esta nueva definición de la investigación pretende empujar a investigadores a concentrarse, ambiciosos, pero siendo objetivos  y realistas para escalar los hitos de corto plazo a las aspiraciones a largo plazo. Curar el cáncer es una gran aspiración, pero no una meta inmediatamente alcanzable. Sin embargo, el hito de aumento del tiempo de supervivencia puede moldearse en los próximos años por refinación en los tratamientos y mejora en los sistemas de detección, puede incluirse la susceptibilidad  como la comprensión de factores genómicos. En el sistema educativo los logros son graduales para un objetivo a largo plazo, podría incluir elevar el rendimiento por una comprensión más profunda de las motivaciones del estudiante y revisión de programas de formación docente en materia de escritura creativa. Sí los investigadores trabajan en objetivos prácticos específicos en el desarrollo de una comprensión profunda de investigación previa y, una amplia perspectiva teórica, entonces serán capaces de lograr la aplicación y harán que los resultados de la investigación básica, se traduzcan en diseños de ingeniería.


La solución de problemas prácticos, colocados en contextos teóricos, produce contribuciones definidas de investigación básica y aplicada, que influyen también en grandes círculos profesionales y teóricos, una solución práctica que se presenta como un avance teórico, tiene un impacto sinérgico siendo apenas predecible en su progreso ético.

 

1.3 Persistencia en la comprensión del mundo


La ciencia es una cosa de belleza en sí misma. De belleza superada. Y es mucho más que su estructura a base de instrumentos, experimentos y explicaciones. Es un conjunto de ideas morales: que la naturaleza es intrínsecamente cognoscible, que puede ser explorada, sus causas pueden ser singularizadas, que entendimientos pueden obtenerse si los fenómenos y sus implicaciones son exploradas de manera controlada.


La ciencia es una misión gloriosa, que requiere persistencia en desafiantes creencias existentes con el fin de avanzar en la comprensión del mundo natural que nos rodea. La ciencia es a menudo vista como una amenaza a la religión, tradiciones culturales, filosofías convenientes, obligando a las personas a aceptar realidades nuevas e incómodas. Mientras que la revolución copernicana es lo suficiente en la historia, para evitar controversia, las teorías de Darwin de selección natural aún generan argumentos tormentosos y apasionados debates sobre cómo educar a nuestros hijos. 


La ciencia con todos sus defectos tiene potente autoridad que deriva de su claridad en debates con adversarios, explicaciones elegantes refinadas a través del tiempo, precisión matemática y reproducibilidad. La ciencia es de alcance extendido debido a su asombrosa capacidad para generar predicciones específicas acerca de los fenómenos naturales, el diccionario Merriam-Webster define a la ciencia como, “conocimiento o estudio del mundo natural basados en hechos aprendidos a  través de experimentos y la observación[2]”. Wikipedia ofrece una descripción más orientada  al proceso “empresa sistemática que construye y organiza el conocimiento en forma de explicaciones y predicciones comprobables en el universo[3]”. Estas definiciones coinciden en ver a la ciencia como extensión del cuerpo de conocimientos acerca del mundo natural y fenómenos en el universo. 


Determinar el alcance de la ciencia no es algo trivial, como perspectiva que continúa cambiando con el tiempo. La clasificación decimal Dewey introducida en 1876 tiene entradas separadas de nivel superior para ciencias sociales, ciencia natural y tecnología, en consonancia con los puntos de vista tradicionales de fuerte separación entre estas disciplinas[4]. La ciencia está dividida en un conjunto razonable pero un algo anticuado referente a las especialidades: matemáticas, astronomía, física, química, ciencias de la tierra, paleontología, ciencias de la vida, plantas y ciencias zoológicas. 


Definiciones más contemporáneas de una visión más amplia que la descrita anteriormente provienen de las 31 secciones de la Academia Nacional de Ciencias NAS[5] y de las 24 secciones de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia AAAS[6]; que si bien están de acuerdo con cinco nombres para las disciplinas (astronomía, física, química, antropología y matemáticas), tienen diferentes términos para las restantes disciplinas ligadas a las matemáticas aplicadas, biología, medicina geología, agricultura, ingeniería, informática y las ciencias sociales. Aunque difieren en las agrupaciones alternadas de la AAAS, incluye tres grandes temas: educación, interés general en ciencia y la ingeniería, historia y filosofía de la ciencia. 


La NAS y la AAAS son admirables por su inclusión de la ingeniería y las ciencias sociales en su ámbito de aplicación. La Web de ciencia (anteriormente Web del conocimiento) producida por el Instituto de Información científica ISI dirigida por Thomson Reuters es una empresa comercial altamente respetada y confiable para la obtención de información sobre ciencia, incluye más de 54 millones de artículos publicados y captura más de 760 millones de citas, revelando los patrones de la influencia de revistas, documentos claves, destacados investigadores e instituciones prominentes[7]. Los datos de citación proporcionan una visión útil de los subcampos de la ciencia por la colaboración entres disciplinas, esta visión ilumina la ciencia, basada en 7.2 millones de documentos mostrando 13 disciplinas y 554 subdisciplinas. Mostrándose la cercanía de matemáticas, física, ciencias de la computación ligadas a la química y ramas de la ingeniería; encontrándose en el medio la biología, enfermedades infecciosas, especialidades médicas, y profesionales de la salud; investigación del cerebro ligada a las ciencias sociales; y un encontrado en un pequeño espacio las ciencias de la tierra.


Durante los últimos cuatro siglos, los científicos han logrado un gran éxito en la comprensión de los mundos físicos de movimientos planetarios, sistemas biológicos, estructuras moleculares y mucho más. Como el cuerpo del conocimiento científico y el alcance de métodos de investigación que han sido refinados, la comprensión humana de cómo son las funciones del mundo, se ha expandido dramáticamente llevando a mejores predicciones de eclipses, ciclos de vida animal y las reacciones químicas. Científicos orientados a la ciencia aplicada han generado enormes beneficios prácticos que han cambiado la civilización con productos industriales agrícolas, médicos, de transporte y otras revoluciones de innovación.


Mientras que los científicos afirman que a menudo la ciencia es lo primero y luego las aplicaciones, ingenieros y diseñadores han demostrado que a menudo su trabajo inspira y sustenta a los científicos. El caso de la sinergia productiva del principio de aplicación parece fuerte: científicos piensan que de manera abstracta pueden beneficiarse al trabajar con los ingenieros y diseñadores de instrucción práctica. Asimismo ingenieros podrían ampliar su pensamiento explorando oportunidades basadas en la teoría para la generalización de estrategias y abriendo más lluvias de ideas en las estrategias de los diseñadores. Científicos se inclinan hacia modelos y desarrollan hipótesis bien definidas y luego aplican variaciones del método científico para recoger evidencia de apoyo a sus hipótesis. Construyen el conocimiento con principios fundamentales, a menudo valiosos en la solución de problemas del mundo real mientras conducen también a resultados de investigación básica aplicable; pero podrían mejorar significativamente si abren posibilidad a forasteros interdisciplinarios. Trabajar en equipo entre un investigador de ciencia de la mente y un experto informático apasionado, puede generar soluciones de alto impacto, a veces los equipos se enriquecen por diseñadores motivados por la utilidad y la elegancia, brindando diferentes estrategias en la resolución de problemas.


Donald Stokes ha escrito sobre los estilos de la ciencia en su libro “Cuadrante de  Pasteur: Ciencia básica y la innovación tecnológica[8]”. Desarrolló un marco 2x2 basado en dos preguntas: (1) ¿es la investigación una búsqueda de comprensión fundamental? (2) ¿la investigación es conducida por consideraciones de uso? Su síntesis a menudo cita que la “investigación básica inspirada en uso” empuja a investigadores de ciencia a ser más conscientes de las aplicaciones prácticas, siendo un gran paso en la promoción de estrategias de alto impacto. Reconoce que la investigación aplicada puede tener valor en sí misma al estilo de Thomas Edison o la investigación básica de Niels Bohr. Edison no fue motivado por el desarrollo de teorías científicas o principios, sino por el desarrollo de productos comerciales empleando estrategias de ingeniería y diseño, sus 1093  patentes dan testimonio de su centro en investigación aplicada en lugar de la ciencia básica. En contraste, Niels Bohr no fue motivado por el desarrollo de productos comerciales, pero buscaba comprender estructuras atómicas como un principio fundamental de la naturaleza, logrando un avance en el conocimiento pero aún de mayor impacto en la formación de una comunidad de investigación cautivada por las audacias de la investigación básica.


Las aportaciones científicas de Galileo, Newton, Gauss, Leibniz, Lavoisier, Boyle y muchos más, son ejemplos fundamentales para el libro mundialmente famoso de Thomas Kuhn 1962 “La Estructura de las Revoluciones Científicas”. Sus aportaciones fueron ampliamente reproducidas y traducidas, continúan siendo polémicas pero han tenido una influencia dramática en la conformación de los puntos de vista en que la ciencia trabaja. Él vio periodos estables de aportes incrementales llamados “Ciencia normal” que comienzan a revelar defectos en las teorías existentes, seguidos por avances de cambio de paradigma que producen nuevas teorías y nuevas formas de hacer investigación.


Shneiderman describe que la configuración de instrumentos requiere de ciertas habilidades que están más allá de la ciencia, y el diseño de experimentos, requiere más que lógica epistémica, requieren de la ingeniería. Por otro lado, muchos investigadores toman orgullo en la naturaleza básica y fundamental de su trabajo, dándole el sello virtuoso de “investigación pura.” Su devoción es un problema desafiante abstraído de la realidad y destilado en una formulación limpia que invita a soluciones precisas. Modelos reduccionistas, en los que son controlables todas las variables y experimentos reproducibles en condiciones de laboratorio, sin duda que han producido aportes en los últimos 400 años. Sin embargo, hay nuevas formas de pensamiento que se convierten en atractivas a diseñadores, ingenieros y científicos académicos basados en la solución de problemas en situaciones caóticas, pero realistas, a menudo que tratan problemas sociotécnicos complejos. Algunas investigaciones académicas reclaman  por atender  estos problemas sociales, ambientales y sanitarios. Sus líderes visionarios propusieron vigorizar colaboraciones entre más profesores en campus distintos y trabajar con más empresas; con apertura a financiaciones de investigación  para desarrollar soluciones reales, mismas que aumentarán la productividad económica y resolvieran conflictos sociales, mas allá de la producción de resultados de investigación básica académica. 


Una medida del éxito es la cantidad de personas o empresas colaboradoras. La devoción a la colaboración interdisciplinar lleva a unidades dedicadas a las tecnologías innovadoras para energía limpia, buscando soluciones implementables de energía pura. Mientras que investigadores tradicionales podrían llamar a sus extensos proyectos, de investigación aplicada, en las facultades universitarias los estudiantes y profesores piensan a menudo su trabajo, como investigación básica en el servicio de desafíos sociales; atendiendo estas en un esfuerzo para ver su trabajo evolucionar desde el prototipo a la aplicación. 


Cuando investigadores tradicionales participan en tales desafíos interdisciplinarios se enfrentan con la desaprobación de sus colegas, preocupación de los comités directivos y resistencia de los revisores de revistas. Por el contrario ingenieros y diseñadores han sido usualmente más abiertos a tomar problemas del mundo real. El ingeniero resume perfectamente la distinción: los científicos estudian el mundo como es, ingenieros crean el mundo que nunca ha sido. Trabajos de investigación en el mundo real, aumentan la posibilidad de dirigirse a producir investigación básica más exitosa y el aumento de la aceptación de colaboraciones en la investigación aplicada.


No hay ninguna fórmula única para la formación de colaboraciones y el intercambio de propiedad intelectual o recompensa de  éxitos, pero la experimentación generalizada de estrategias de gestión ciencia, ingeniería y diseño; podría conducir a resultados más reproducibles y métricas más ampliamente aceptadas: 


Construcción. Ofrecemos facilidades sin precedentes para construir prototipos y modelos de demostración para proyectos grandes y pequeños.

Lanzamiento. Una vez que una prueba de concepto ha sido probada y refinada, está lista para lanzarse a la comunidad de expertos, agencias y público interesado.

Conectar. El paso final es conectar estas innovaciones con el sector o grupo que se beneficiará y promueve su adopción o implementación.


Esta estrategia global es atractiva, la educación debe cambiar y tener este proceso libremente formulado en estrategias de gestión que producen resultados básicos y aplicados. Lograr un alto impacto en la investigación de una manera confiable y reproducible, toma un proceso cuidadosamente especificado, métricas apropiadas para definir el éxito y la divulgación efectiva, sus investigadores emplean variaciones  para resolución de problemas del mundo real en una investigación que postula y refina teorías del ambiente; produciendo resultados fundacionales más valiosos. 


Los críticos señalaron a Thomas  Kuhn,  su elección selectiva de personas y temas que honran a los que han trabajado dentro de las tradiciones, pero los viejos y nuevos enfoques para comprender, dan forma de cambios acelerados a nuestro mundo, están ganando fuerza. Es comprensible que los resultados científicos simbolizados por la reputación global de Albert Einstein cautivara la atención del público y condujera a importantes resultados. Los físicos y otros científicos que produjeron la bomba atómica se convirtieron en célebres héroes y villanos, sondearon las fronteras del conocimiento para entender los principios fundamentales en nuestro universo, y a su vez habían desencadenado potentes tecnologías que desquiciaron las estructuras geopolíticas, interrumpieron el plan clásico militar y produjeron nuevas amenazas. Después de la guerra defensores nucleares prometieron electricidad a costos bajos, avances médicos y revoluciones de transporte, sin embargo, los problemas no resueltos de residuos nucleares, contaminación radioactiva y desastres médicos condujeron a efectos secundarios perjudiciales. El estrecho enfoque en la ciencia para resolver problemas con insuficiente consideración de los impactos más amplios, producen resultados nocivos que el  pensamiento interdisciplinario podría haber anticipado. Como las ideas y el lenguaje se hicieron más esotéricos, la fascinación pública creció sobre el concebido Gran Colisionador de Hadrones, la incomprensible teoría de supercuerdas, el bosón de Higgs, y grandes visiones del Big Bang en la creación del universo.


Otro trabajo sobre Cohetes, hace que los científicos tengan un profundo impacto público, con el lanzamiento del Sputnik soviético en 1957, y la llegada a la luna por los estadounidenses en 1969. Mientras que mucho del trabajo fue de ingeniería, el término “ciencia espacial”, se adoptó en la sociedad a los científicos, obteniendo atención  en el aprendizaje sobre ciencia y ser científico. Desde  los orígenes de la NASA, se había inspirado la atención pública con admirables héroes astronautas que hicieron históricos viajes al espacio, la llegada a la luna, la exploración planetaria y convincentes imágenes celestiales mantuvieron el interés público y garantizaron continuar con el apoyo de gobiernos. Sin duda, los satélites de comunicaciones, sistemas de posicionamiento global, aveces de recursos en nuevos materiales y la investigación del cambio climático, tuvieron un gran valor y un gran impacto de extensa aplicación.


La entrevista de Horgan con Thomas Kuhn expuso: cualquier construcción científica… debe evaluarse por su utilidad, por lo que puede lograrse con ella. Esta poderosa declaración contiene la esencia del cambio de paradigma propuesto para la ciencia, combinando la ambición de nuevos conocimientos, con la búsqueda de beneficios prácticos a la civilización. Mientras que la ciencia tradicional aborda el mundo natural, en el próximo paradigma de la ciencia, podríamos asociarla con los que estudian y crean el mundo no hecho, el mundo que construimos a través de la ingeniería y es formado por el diseño.


El siguiente paradigma de la ciencia podría centrar la atención en el trabajo cívico, negocios y prioridades globales, que ampliarán el alcance de lo que hacen científicos y reestructurará las expectativas del público sobre la ciencia. Auguste Comte acuñó el término “física social” (1820) sugiriendo que podrá ser un enfoque científico a los problemas sociales, este ha sido  episódicamente usado, cuando los físicos exploran la aplicación de sus métodos a los problemas sociales y retomado en el libro de Alex Pentland[9], que describe en su trabajo que los medios sociales y redes para la comunicación de ideas era clave en las democracias modernas. 


El Instituto de Ciencias Weizmann de Israel afirma que su trabajo, es conducido por el desarrollo de ciencias para el beneficio de la humanidad; esta afirmación sugiere el uso fuertemente inspirado por la investigación y su página web con listas, de hambre  en el mundo, el calentamiento global, el cáncer y otras enfermedades, y seguridad como temas de investigación[10]. Mientras que el beneficio a la humanidad es una aspiración alta, los investigadores que buscan financiación deben cuestionarse y explicar a otros cómo su proyecto de investigación científica producirá el mayor beneficio a su nación. La Fundación de Ciencia Nacional de los Estados Unidos se ha alejado usando los términos básica y aplicada, requieren declaraciones del mérito intelectual y el impacto más amplio. El mérito intelectual incluye el cómo avanzar en el conocimiento y su comprensión explorando conceptos creativos, originales o potencialmente transformadores; los objetivos de planes de trabajo, métodos de evaluación y calificación del equipo forman parte de su justificación. El término impacto más amplio incluye el avance en el descubrimiento promoviendo la integración y transferencia de conocimiento por innovaciones en la enseñanza, la formación y el servicio a la comunidad científica y de ingeniería. El logro de estos es un paso más allá de la falsa dicotomía tradicional entre investigación básica y aplicada, pero una orientación más clara sobre los resultados deseados y métricas confiables ayudaría a los investigadores a dirigir sus esfuerzos y la propuesta de revisores con una común comprensión de lo que se espera.  


La creciente aceptación de la ingeniería, es probable que se encuentre vinculada con el reconocimiento de que la financiación pública tiene que generar beneficios económicos a través de resultados de investigación y la formación de profesionales. La institución de investigación, reconoce que el mérito intelectual y el impacto más amplio pueden darse desde un enfoque de colaboración interdisciplinario.


La investigación interdisciplinaria es una modalidad de investigación por equipos o individuos que integran información, datos, técnicas, herramientas, perspectivas, conceptos y teorías de dos o más disciplinas o cuerpos de conocimiento especializado para avanzar en la comprensión fundamental o para resolver problemas cuyas soluciones están fuera del alcance de una única disciplina o área práctica de investigación. Colaboraciones exitosas se basan en trabajos de contribuciones multidisciplinares. Aunque es difícil para los investigadores controlar  el trabajo en colaboración, esta temprana reflexión podría oscilar el péndulo hacia resultados positivos.


En los nuevos rumbos en la enseñanza de la ciencia se emplean los medios de comunicación, sitios web, proyectos ciudadanos de ciencia y programas de aprendizaje informal de ciencia y museos virtuales. 


Además, la colaboración a menudo genera nuevas estrategias computacionales y de visualización que son ampliamente aplicables. Estrategias efectivas pueden ser embebidas en una herramienta de software refinado a través de más pruebas de grandes datos y luego distribuidas a través de una red de cientos de colaboradores y cada vez más alrededor del mundo. Internamente, hay más de una docena de centros con especialidades en la universidad, como laboratorios de investigación. Tales divisiones internas pueden ser útiles para permitir el pensamiento independiente, que busca financiación especializada y la construcción de habilidades de liderazgo.


Una forma popular de imaginar futuras direcciones en la ciencia ha sido mediante el uso de  hojas de ruta, este tipo de documentos de estrategia puede ser útil para la formación y creación de consensos entre físicos de partículas, científicos del espacio, astrónomos y biólogos. Tener un documento aceptado por la comunidad, posiblemente avalado por las universidades y sociedades profesionales, es muy eficaz para obtener financiamiento de organismos gubernamentales y fundaciones filantrópicas. Estos documentos a menudo son escritos para más audiencias generales para que periodistas y autoridades de gobierno neófitos puedan comprender los objetivos. Estos planes suelen contener imágenes atractivas de aceleradores de partículas, galaxias arremolinadas, genómicas de dobles hélice o de redes colores y prosa sin aliento sobre los momentos únicos en la historia, la posibilidad de avances revolucionarios y la capacidad de sondear profundamente en los secretos ocultos de la naturaleza. 


Hojas de ruta son un fenómeno mundial a través de muchas áreas de ciencia, a menudo centrándose en infraestructura como laboratorios de química, naves de investigación marina, telescopios y tecnologías de construcción y secuenciación del genoma.


Los tradicionalistas pueden argumentar que el ámbito de la ciencia y los límites de la disciplina están suficientemente definidos. Creen que basados en la disciplina, observación científica conducida por la curiosidad y experimentación conducen a resultados importantes cuyo valor no se puede apreciar hasta mucho más tarde. Creen en el conocimiento científico para beneficio de la sociedad, por lo que resisten la presión a la corriente de dirección social o desafíos de negocios, que a su juicio producen beneficios solo a corto plazo. Tradicionalistas rechazan los principios que defienden fuertemente su derecho a la libertad científica en la elección de los temas de investigación. En sus preocupaciones legítimas ofrecen convincentes ejemplos de cómo los datos recogidos por una persona pueden sentar las bases de conocimiento para otra; por ejemplo, como los registros astronómicos de Tycho Brahe conducen a las leyes de Kleper del movimiento planetario, y cómo la colección de datos genómicos contemporáneos se pone en la fundación de descubrimientos futuros. Abogan por  sorprendentes descubrimientos científicos con la libertad de explorar, a menudo producen resultados inesperados y sorprendentes innovaciones como el descubrimiento de los antibióticos por Alexander Fleming, sin embargo, una investigación básica motivada por objetivos aplicados podría generar aún más sorprendentes descubrimientos y beneficios a largo plazo. 


Mientras que física, química, biología y otras ciencias establecidas sigan siendo importantes, nuevos componentes como la biomédica, lo ambiental y las ciencias de la información ganan fuerza, estos desafíos de cambio serán resistidos por algunos, pero abrazados por otros. Vincular investigación cívica, negocios a objetivos globales es otra preocupación para los científicos que creen que deben ser libres de seguir sus instintos sobre los que les parece importante. 


La ingeniería es acerca de las aspiraciones, que requieren visiones audaces y planes claros, conducida por la atención en los detalles, mediciones repetidas y persistencia ante los contratiempos. Requiere experiencia pero cada proyecto de investigación es un paso hacia lo desconocido para construir algo nunca antes hecho. Los éxitos de ingeniería provienen de un espíritu innovador y un estilo empresarial en el que pueden conseguirse la participación de otros para crear algo de valor. Investigación en ingeniería es algo arriesgado, para anticipar y enfrentar fallas se requiere una planificación mental para limitar el daño y frecuencia, además de una personalidad resistente para refinar y seguir trabajando. Los experimentos de ciencia pueden ser demasiado arriesgados, pero la escala de proyectos de ingeniería (lanza de cohetes, construcción de presas y sitios web de salud públicos) a menudo es enorme; así fracasos en proyectos de ingeniería pueden ser más dramáticos y más visibles, y pueden afectar a muchas más personas que los fallos en los experimentos científicos. En el pasado la ingeniería fue considerada como práctica profesional o de agencias gubernamentales como el Cuerpo de Ingenieros del Ejército, sin embargo, en universidades, industria y gobierno, un creciente componente de investigación en ingeniería espera resultados innovadores. 


Las raíces de la ingeniería se remontan a miles de años, a los fabricantes de herramientas de la edad de piedra y las obras de ingeniería civil que permanecen como las pirámides de Egipto, las calzadas romanas o la gran muralla China. Civilizaciones del mundo también desarrollaron técnicas para la construcción según lo evidenciado por las ciudades maya en México, el palacio de Knossos en Creta y los antiguos templos de Japón. Cualquier proyecto de ingeniería tan vasto incluye necesariamente decisiones de diseño acerca de la estética y función. Sin embargo, la ciencia de estas maravillas de la ingeniería es modesta. Piedra, tallado de madera o componentes metálicos se basaron en la experiencia de diseño y ásperas reglas generales conocidas por jefes ingenieros. Ensayo y error producían muchos fallos de construcción hasta que los ingenieros volvieron más seguros sus productos. La tradición de asumir la responsabilidad en su trabajo es un rasgo admirable de muchos ingenieros, llevada a la práctica contemporánea por aquellos que se convierten en ingenieros profesionales con licencia. Los objetivos de investigación en ingeniería difieren de las teorías establecidas o solo fórmulas a menudo perseguidos por científicos. La ingeniería trata de múltiples componentes de ensamblajes complejos y sistemas integrados que funcionan sin problema en condiciones normales y extremas; la integración de nuevas características en sus productos, brindar mayor seguridad y mantenimiento de costos razonables, son aspectos fundamentales en sus proyectos.


Los ingenieros también empujan  los límites de lo posible en elegantes puentes y confiables naves espaciales que exploran planetas. Ingenieros famosos incluyen a héroes británicos de la revolución industrial como Isambard KIngdom Brunel cuyas innovaciones tales como los ferrocarriles, transatlánticos, puentes y túneles fueron manifestaciones notables de un mundo cambiante. Henry Bessemer en su proceso innovador de fabricación de acero logró mejorar la calidad y  la reducción de costos, además, es recordado por su persistencia empresarial convirtiendo su patente en un éxito comercial. Los héroes  incluyen a Thomas Edison, cuyas invenciones aún modelan la vida moderna y Hyman Rickover cuya ingeniería nuclear para la Marina de guerra cambió la práctica militar y diplomática. El premio de ingeniería otorgado por la Reina Elizabeth desde 2013 celebra a ingenieros responsables pioneros  de innovación que han sido de beneficio global para la humanidad. El premio 2015 otorgado a Robert Langer por el desarrollo de polímeros para controlar la entrega de drogas de gran peso molecular para el tratamiento de enfermedades como el cáncer y enfermedades mentales, documentados en su admirable listado de 1000 patentes y 13 documentos de investigación, así como su historial documentado en los tratamientos en el mercado. Lograr el reconocimiento puede ser complicado, los avances requieren diversos colaboradores, varias etapas y la integración con sistemas existentes.


Ingenieros químicos y de materiales comenzaron con materiales naturales y eventualmente sintetizaron nuevos compuestos o materiales combinados para la obtención de acero moderno, plásticos, fibra de vidrio y así sucesivamente. En los últimos dos siglos surgieron ingenieros eléctricos como formadores clave de nuestra civilización combinando componentes eléctricos en sistemas complejos como cámaras fotográficas, ordenadores o automóviles. En el último medio siglo, ingenieros de software se convirtieron en héroes por la construcción de módulos, bibliotecas y herramientas para acelerar el desarrollo de poderosos sistemas –que todavía son defectuosos pero siempre están mejorando. La ingeniería ha ganado favor en instituciones educativas demostrando el deseo de nuevas contrataciones por empresas y gobiernos, la ingeniería es una forma de pensamiento basado en la dedicación a hacer un mundo mejor en beneficio de la sociedad y por el deseo de resolver problemas: la ingeniería combina los campos de ciencia y matemáticas para resolver problemas del mundo real que mejoran el mundo que nos rodea… Esta capacidad de tomar un pensamiento o idea abstracta y plasmarlo en la realidad es lo que separa a un ingeniero de otros campos de ciencia y matemáticas.


Ingenieros orientados a la investigación son más propensos a publicar artículos sobre su trabajo refinando teorías y promoviendo soluciones generalizadas mientras que ingenieros profesionales se centran más en la solución de un problema dado. Ingenieros que siguen el principio de nuevas estrategias de investigación, podrían beneficiarse aún más refinando fundamentos teóricos y publicación de resultados más regularmente para capturar sus conocimientos generalizables. La ingeniería posee varias ramas principales como la Ingeniería Aeronáutica, Bioingeniería, Ingeniería Química, Ingeniería Civil y Ciencias de la computación, Ingeniería  Electrónica, Comunicación y Sistemas de información, Ingeniería Industrial, Fabricación y Operación de Sistemas, Ingeniería de Materiales, Ingeniería Mecánica, Ingeniería de Recursos de la Tierra, Campos Especiales e Ingeniería Interdisciplinaria. 

En ocasiones los investigadores encuentran sinergias exitosas e integrativas en la combinación de estrategias reduccionistas de la ciencia con el pensamiento de sistemas de ingeniería. Mientras que estos campos han tenido éxitos dramáticos y de amplia influencia, su aceptación aún se mezcla entre grupos de ingeniería y ciencia tradicional. La ingeniería de usabilidad y su variante académica de interacción sujeto-ordenador representan la combinación de ciencia, ingeniería y diseño (principio los CAD) que también son necesarios para la sostenibilidad, atención sanitaria, seguridad de la comunidad y otros campos interdisciplinarios que se convertirán en temas de investigación clave en el próximo siglo.  


Estas aspiraciones elevadas son las que la próxima generación de estudiantes de ingeniería ya están aprendiendo en algunas universidades progresistas que defienden el modelo ciencia, ingeniería y diseño.  Los ingenieros innovadores imaginan y ofrecen productos, servicios y sistemas que transforman la manera en que las personas habitan el planeta. Para llevar a cabo esta filosofía los educadores se centraron en un programa tripartito para enseñar (1) excelente ingeniería, (2) emprendimiento con atención ética y filantropía, y (3) las artes, que se considera incluyen la creatividad, innovación, diseño y comunicación. Estos principios rectores se instancian con requerimientos prácticos, al igual que lo harían buenos ingenieros si estuvieran desarrollando un programa educativo.  El plan de estudios parece fuertemente influenciado por el filósofo John Dewey, quien hizo hincapié en la educación experiencial o técnica por tener estudiantes que participen en proyectos auténticos que enseñan las habilidades de reflexión, colaboración, comunicación y liderazgo, habilidades que se aplican en todos los desafíos de la vida. Incluye (1) experiencias para que los estudiantes trabajen de forma independiente, como miembros de equipos y líderes de equipo; (2) oportunidades a los estudiantes para llevar a cabo una audiencia que involucra a expertos en el campo de presentación o desempeño; (3) la experiencia de una inmersión internacional o intercultural; (4) demostrar la significativa expresión artística creativa; (5) experiencia de trabajo significativo en una cultura corporativa ; y (6) la capacidad de aplicar prácticas comerciales básicas necesarias para llevar un producto al mercado.



“Interpretando a Alberto Camus, el mundo cambia cuando en rebeldía ética los humanos crean virtud para el estado de cosas que claramente ya no mejoran nuestro mundo. Esto es en síntesis lo que es la actividad científica y técnica de nuestro mundo moderno”.

 

 

Referencias

[1] Zollner, F. (2018). Leonardo da Vinci: The Complete Paintings. TASCHEN.

[2] https://www.merriam-webster.com/dictionary/science

[3] https://es.wikipedia.org/wiki/Science

[4] Dewey, M. (2016). Clasificación Decimal Dewey Edición 22 - 4 vols set (22th ed.). Rojas Eberhard.

[5] http://www.nasonline.org

[6] https://www.aaas.org

[7] https://isindexing.com/isi/

[8] Stokes, D. E. (1997). Pasteur’s Quadrant: Basic Science and Technological Innovation. Brookings Institution Press.

[9] Eagle, N., & Pentland, A. S. (2006). Reality mining: sensing complex social systems. Personal and ubiquitous computing, 10(4), 255-268.

[10] https://www.institutoweizmann.org