Diseño de dispositivo adaptable
Esta lección se enfoca en la ingeniería de dispositivos de adaptación o asistencia, como dispositivos protésicos, sillas de ruedas, anteojos, barras de apoyo, audífonos, elevadores, aparatos ortopédicos, etc. Los estudiantes trabajan en equipos para diseñar una mejora a un dispositivo de adaptación existente o uno nuevo. dispositivo que resuelve un problema específico.
- Obtenga más información sobre los dispositivos adaptativos.
- Obtenga más información sobre cómo los cambios en curso en los dispositivos de adaptación han impactado la vida cotidiana.
- Aprenda sobre el trabajo en equipo y el proceso de diseño / resolución de problemas de ingeniería.
Rangos de Edad: 8 - 18
Materiales de Construcción (para cada equipo)
Materiales Requeridos
- Un par de anteojos o gafas de sol (ya sean viejos o nuevos de bajo costo)
- Kit de reparación de anteojos (que incluye un mini destornillador, tornillos de repuesto y, si es posible, una lupa)
Reto de Diseño
Ustedes son un equipo de ingenieros que tienen el desafío de aprender sobre dispositivos adaptativos. Primero, desmontará y volverá a montar un par de anteojos o gafas de sol para comprender mejor los materiales y el diseño. Luego, diseñará una mejora a un dispositivo adaptativo existente o diseñará un nuevo dispositivo para resolver un problema que enfrentan las personas (o animales) y lo presentará a la clase.
Criterios
- Trabaje en equipo para identificar un desafío físico que su diseño ayudará a aliviar.
- Presente su diseño a la clase:
- Describe cómo funciona tu dispositivo, técnicamente, en palabras ... incluye los materiales con los que crees que estaría hecho y lo que crees que podría costar el producto.
- Muestre un boceto de su diseño final o una situación en la que se está utilizando.
- Describe cómo cree tu equipo que los ingenieros han impactado al mundo.
Limitaciones
Utilizar solo los materiales proporcionados.
- Divida la clase en equipos de 3-4.
- Reparta la hoja de trabajo Diseño de dispositivo adaptativo, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Analice los temas de la sección Conceptos básicos. Considere preguntar a los estudiantes qué es un dispositivo adaptativo.
- Revise el Proceso de Diseño de Ingeniería, el Desafío de Diseño, los Criterios, las Limitaciones y los Materiales.
- Proporcione a cada equipo sus materiales.
- Explique que los estudiantes completarán tareas en las hojas de trabajo para estudiantes.
- Pida a los estudiantes que completen las primeras hojas de trabajo para estudiantes discutiendo los productos que se muestran en la hoja, determinando si el producto es un dispositivo adaptativo y cuál era el objetivo de los ingenieros.
- Pida a los estudiantes que completen la segunda hoja de trabajo desmontando y volviendo a montar un par de anteojos o gafas de sol viejos para evaluar los materiales y el diseño.
- Pida a los estudiantes que completen la tercera hoja de trabajo trabajando en equipo para diseñar una mejora a un dispositivo adaptativo existente o para diseñar un nuevo dispositivo que resuelva un problema para las personas (o animales). Ellos deberían:
- Identifique un desafío físico que su dispositivo ayudará a aliviar (por ejemplo, un perro que se ha sometido a una cirugía de espalda aún necesita poder salir a caminar).
- Esboce el nuevo dispositivo adaptativo o el dispositivo mejorado.
- Presentar sus ideas a la clase de tres formas:
- Describa cómo funciona su dispositivo, técnicamente, en palabras ... incluya los materiales con los que creen que estaría hecho y lo que creen que podría costar el producto.
- Muestre un boceto de su diseño final o una situación en la que se está utilizando.
- Describa cómo cree el equipo que los ingenieros han impactado al mundo.
- Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)
Paso 1 - Desmontaje:
- ¿Cuántos componentes encontraste?
- ¿Qué diferentes tipos de materiales (plásticos, metales, vidrio) formaron parte del último par de gafas?
- Si estuviera rediseñando estas gafas para hacerlas más seguras, ¿cambiaría la forma de alguno de los componentes? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- Si estuviera rediseñando estas gafas para hacerlas más seguras, ¿cambiaría los materiales utilizados para fabricar alguno de los componentes? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- ¿Cuál fue la parte más difícil del proceso de reensamblaje? ¿Por qué?
Paso 2: reensamblaje
- ¿Crees que el montaje sería más fácil de gestionar con una máquina? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- ¿Qué tan difícil crees que sería para una persona con artritis en las manos volver a armar sus anteojos?
Modificación de Tiempo
La lección se puede realizar en tan solo 1 período de clase para estudiantes mayores. Sin embargo, para ayudar a los estudiantes a no sentirse apresurados y asegurar el éxito de los estudiantes (especialmente para los estudiantes más jóvenes), divida la lección en dos períodos para que los estudiantes tengan más tiempo para intercambiar ideas, probar ideas y finalizar su diseño. Realice las pruebas y el informe en el próximo período de clases.
¿Quién necesita dispositivos adaptables?
Los dispositivos adaptativos o de asistencia se desarrollan para ayudar a las personas con una amplia gama de discapacidades a mejorar su capacidad para vivir de manera saludable e independiente. Se estima que 54 millones de estadounidenses tienen algún grado de discapacidad. Según lo definido por la Encuesta de Ingresos y Participación en Programas de EE. UU., Se identificó que las personas de 15 años o más tenían una discapacidad si cumplían con alguno de los siguientes criterios:
- Usó una silla de ruedas, un bastón, muletas o un andador.
- Tuvo dificultad para realizar una o más actividades funcionales (ver, oír, hablar, levantar / cargar, usar escaleras, caminar o agarrar objetos pequeños)
- Tuvo dificultad con una o más actividades de la vida diaria. (Las AVD incluyen moverse dentro de la casa, acostarse o levantarse de la cama o una silla, bañarse, vestirse, comer e ir al baño).
- Tuvo dificultad con una o más actividades instrumentales de la vida diaria. (Las IADL incluían salir de casa, llevar un registro del dinero y las facturas, preparar comidas, hacer tareas domésticas livianas, tomar medicamentos recetados en la cantidad correcta en el momento adecuado y usar el teléfono).
- Tenía una o más afecciones específicas (una discapacidad de aprendizaje, retraso mental u otra discapacidad del desarrollo, enfermedad de Alzheimer o algún otro tipo de afección mental o emocional)
- Tenía una condición mental / emocional que interfirió seriamente con las actividades diarias.
- Tenía una condición que limitaba la capacidad para trabajar en la casa.
- Si tenía entre 16 y 67 años, tenía una condición que le dificultaba trabajar en un trabajo o negocio.
- Recibió beneficios federales de los EE. UU. Debido a la incapacidad para trabajar
Según estadísticas recientes de Estados Unidos:
- 25 millones tuvieron dificultades para caminar un cuarto de milla o subir un tramo de 10 escaleras, o utilizaron una ayuda ambulatoria, como una silla de ruedas (2.2 millones) o un bastón, muletas o un andador (6.4 millones).
- Aproximadamente 18 millones tuvieron dificultad para levantar y cargar una bolsa de alimentos de 10 libras o agarrar objetos pequeños.
- Aproximadamente 14.3 millones tenían una discapacidad mental, incluidos 1.9 millones con enfermedad de Alzheimer, senilidad o demencia; y 3.5 millones con problemas de aprendizaje.
- Aproximadamente 8.0 millones tenían dificultades para escuchar lo que se decía en una conversación normal con otra persona (incluso cuando usaban audífonos).
- Aproximadamente 7.7 millones tuvieron dificultades para ver las palabras y letras en la impresión de un periódico normal (incluso con gafas); de ellos, 1.8 millones no pudieron ver palabras y letras en la impresión de un periódico ordinario.
Consideraciones de diseño de sillas de ruedas
Historia de la silla de ruedas
Los jarrones griegos del 530 a. C. muestran ruedas incorporadas a los muebles. Y, en 535 d.C., un grabado muestra una silla de ruedas, y el rey Felipe II de España tenía una silla de ruedas en 1595, por lo que la necesidad de usar ruedas para facilitar el movimiento se remonta a mucho tiempo atrás.
¿Qué hay de nuevo?
Más recientemente, se han utilizado materiales como el titanio para mejorar el peso y la maniobrabilidad de las sillas de ruedas. Y, a medida que los deportes en silla de ruedas se han vuelto populares, los ingenieros tuvieron que diseñar características y capacidades adicionales en las sillas de ruedas deportivas para satisfacer las necesidades de los usuarios que confían en la silla para obtener velocidad y movimientos precisos.
Compensaciones de material / diseño
Los ingenieros deben sopesar diferentes consideraciones al diseñar una silla de ruedas. Por ejemplo, saben que el titanio es el mejor material en términos de relación resistencia / peso, pero es un material extremadamente caro. Por otro lado, la fibra de carbono es menos costosa y duradera. Los diferentes clientes pueden preferir diferentes materiales. Los ingenieros podrían buscar desarrollar la silla de ruedas más liviana: una silla más liviana podría reducir potencialmente la cantidad de lesiones en la muñeca porque el cliente tendría una silla más liviana para maniobrar. Y es posible que los ingenieros deban considerar el tipo de neumáticos que tienen más sentido para una silla de ruedas. Además, el sistema de frenado es importante: ¿qué tan fácil es para alguien con movilidad reducida usar los frenos? ¿Qué tipo de motor funcionaría mejor para una silla motorizada? ¿Qué tan rápido es demasiado rápido? ¿Se ajustará un nuevo diseño de silla de ruedas a las rampas para sillas de ruedas estándar? Los ingenieros tendrían que rediseñar completamente una silla de ruedas para que la usen los niños que pueden tener necesidades y capacidades de frenado diferentes a las de los adultos. Y el costo es siempre una consideración importante: si los ingenieros diseñan la mejor silla de ruedas, pero cuesta más de lo que la mayoría de la gente podría pagar, el producto fallará.
Investigación
Al desarrollar nuevos diseños, los ingenieros también pueden realizar encuestas a los usuarios para averiguar qué tipo de silla es más cómoda, más fácil de mover y más fácil de frenar. Además, se realizan estudios para determinar la cantidad de oxígeno que utiliza un cliente para mover una silla, como una indicación de cuánta energía se gasta en hacer que la silla avance. Algunas sillas de ruedas motorizadas se mueven tan rápido que se realizan pruebas de choque para determinar cómo la silla protegería a un cliente en caso de un choque.
- Dispositivo adaptativo o de asistencia: desarrollado para ayudar a las personas con una amplia gama de discapacidades a mejorar su capacidad para vivir de manera saludable e independiente.
- Restricciones: limitaciones de material, tiempo, tamaño del equipo, etc.
- Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
- Desmontar: desmontar algo.
- Ingenieros: inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades importantes en ingeniería (ver infografía).
- Proceso de diseño de ingeniería: los ingenieros de procesos utilizan para resolver problemas.
- Hábitos de la mente de ingeniería (EHM): Seis formas únicas en que piensan los ingenieros.
- Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
- Dispositivo protésico: dispositivo diseñado para reemplazar una parte faltante del cuerpo o para hacer que una parte del cuerpo funcione mejor.
- Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
- Reensamblar: para volver a juntar las partes de algo.
Enlaces a Internet
Lectura Recomendada
- El diseño de las cosas cotidianas de Donald A. Norman (ISBN: 978-0465050659)
- Diseño y desarrollo de productos por Ulrich Eppinger (ISBN: 978-9352601851)
Actividad de Escritura
Escribe un ensayo o un párrafo que describa qué dispositivo de adaptación crees que ha impactado más dramáticamente al mundo. Brinde detalles de respaldo y ofrezca sugerencias para mejoras adicionales en este dispositivo.
Alineación con los marcos curriculares
Nota: Todos los planes de lecciones de esta serie están alineados con los EE. UU. Estándares Nacionales de Educación Científica (producido por el Consejo nacional de investigación y respaldado por la Asociación Nacional de Maestros de Ciencias), y si corresponde, a los Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica y los Principios y Estándares para Matemáticas Escolares del Consejo Nacional de Maestros de Matemáticas.
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados K-4 (edades 4-9)
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades en los grados 5-8, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Riesgos y beneficios
- Ciencia y tecnología en la sociedad
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- La ciencia como esfuerzo humano
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (10-14 años)
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades en los grados 5-8, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Salud personal
- Riesgos y beneficios
- Ciencia y tecnología en la sociedad
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Naturaleza de la ciencia
- Historia de la ciencia
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 9-12 (14-18 años)
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Salud personal y comunitaria
- Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y globales
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Perspectivas historicas
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
La naturaleza de la tecnología
- Estándar 1: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las características y el alcance de la tecnología.
- Estándar 3: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las relaciones entre las tecnologías y las conexiones entre la tecnología y otros campos de estudio.
Tecnología y Sociedad
- Estándar 4: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los efectos culturales, sociales, económicos y políticos de la tecnología.
- Estándar 6: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la sociedad en el desarrollo y uso de la tecnología.
- Estándar 7: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de la influencia de la tecnología en la historia.
Diseño
- Estándar 10: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la resolución de problemas, la investigación y el desarrollo, la invención y la innovación y la experimentación en la resolución de problemas.
Habilidades para un mundo tecnológico
- Estándar 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas.
El mundo diseñado
- Estándar 17: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar tecnologías de la información y la comunicación.
Como equipo, complete la siguiente hoja de trabajo, indicando cuáles de los productos a continuación se considerarían "dispositivos adaptativos".
Producto | ¿Adaptado? Sí o no | Por qué o por qué no | ¿Cuál fue el objetivo de los ingenieros? |
GAFAS | |||
Plataformas | |||
Carrito de bebé |
|||
Mira que habla el tiempo |
|||
Andador | |||
Auriculares | |||
Reparto/Emisión |
Piezas componentes
Paso Uno: En equipo, desmonte un par de anteojos de sol o anteojos viejos e inutilizables, utilizando un kit de reparación de anteojos que se le proporcionó.
Preguntas:
- ¿Cuántos componentes encontraste?
- ¿Qué diferentes tipos de materiales (plásticos, metales, vidrio) formaron parte del último par de gafas?
- Si estuviera rediseñando estas gafas para hacerlas más seguras, ¿cambiaría la forma de alguno de los componentes? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- Si estuviera rediseñando estas gafas para hacerlas más seguras, ¿cambiaría los materiales utilizados para fabricar alguno de los componentes? ¿Por qué? ¿Por qué no?
Paso Dos: Vuelve a montar los vasos.
Preguntas:
- ¿Cuál fue la parte más difícil del proceso de reensamblaje? ¿Por qué?
- ¿Crees que el montaje sería más fácil de gestionar con una máquina? ¿Por qué? ¿Por qué no?
- ¿Qué tan difícil crees que sería para una persona con artritis en las manos volver a armar sus anteojos?
A lo largo de la historia, los ingenieros han resuelto problemas desarrollando productos y sistemas para ayudar a las personas. En el área del diseño de ingeniería adaptativa, el objetivo es crear productos que hagan la vida más fácil, más saludable e independiente para quienes enfrentan desafíos. La siguiente es solo una breve lista de los muchos dispositivos que se han diseñado para ayudar a las personas y los animales:
- sillas de ruedas
- andadores
- Gafas
- herramientas de jardinería adaptables
- audífonos
- asientos de canoa adaptables
- articulaciones de reemplazo
- extremidades artificiales
- esquís acuáticos adaptables
- ayudas para vestirse
- barras de seguridad para bañeras
- equipo de fitness adaptativo
- sillas de ducha
- herramientas para abrir frascos
- ratón de computadora especializado
- mascarilla para la apnea del sueño
- palos de golf adaptables
- volantes
- triciclos adaptables
- elevadores para caballos
- muletas
- titulares de naipes
- barandillas de la cama
- lupas iluminadas
- interruptores de lámpara de gran tamaño
- joysticks de videojuegos adaptables
¡Eres el equipo de ingeniería!
Su desafío es trabajar en equipo para mejorar un producto adaptativo existente o crear uno nuevo que resuelva un problema específico que enfrentan las personas (o animales) que enfrentan desafíos físicos.
Indique los problemas:
- Identifique un desafío físico que su producto ayudará a aliviar (por ejemplo, un perro que se ha sometido a una cirugía de espalda todavía necesita poder salir a caminar).
- Como equipo, desarrolle en papel un nuevo producto o desarrolle una mejora a un producto existente que satisfaga las necesidades de la persona / animal.
- Presente sus ideas a la clase de tres formas:
- describe cómo funciona tu producto, técnicamente, en palabras… incluye los materiales con los que crees que estaría hecho y lo que crees que podría costar el producto.
- dibuje una ilustración de su producto final o de una situación en la que se esté utilizando.
- describa cómo cree su equipo que los ingenieros han impactado al mundo.