Una IA diseñó puentes y edificios más eficientes: bajó hasta un 90% el uso de materiales

La inteligencia artificial comienza a transformar la forma en que se diseñan puentes y edificios. Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) desarrollaron un modelo computacional capaz de crear estructuras que utilizan hasta un 90% menos de material en determinados casos sin comprometer su resistencia, un avance que podría reducir tanto los costos de construcción como el impacto ambiental del sector.

El sistema combina algoritmos de IA con técnicas de optimización topológica para generar diseños más eficientes desde el punto de vista estructural. A diferencia de métodos anteriores, la herramienta también considera las limitaciones reales de la construcción, lo que permite que las propuestas puedan fabricarse y ensamblarse con mayor facilidad.

El estudio fue publicado en la revista científica Automation in Construction y busca responder a una pregunta clave para la ingeniería moderna: cuál es la cantidad mínima de material necesaria para construir una estructura segura y funcional.

Un nuevo enfoque para construir con menos recursos

La construcción es una de las industrias con mayor impacto ambiental. Según los investigadores del MIT, la producción mundial de materiales de construcción representó más del 7% de las emisiones globales de carbono durante 2022.

Frente a este escenario, el nuevo modelo busca reducir el consumo de acero, madera, cemento y otros materiales desde la etapa de diseño, antes incluso de que comience la obra.

La base del proyecto es la optimización topológica, una técnica utilizada desde hace décadas para distribuir el material únicamente donde resulta indispensable desde el punto de vista estructural.

El problema es que muchos de los diseños obtenidos mediante este procedimiento terminan siendo demasiado complejos para convertirse en construcciones reales. Suelen incluir uniones difíciles de fabricar, piezas extremadamente pequeñas o geometrías que funcionan en simulaciones por computadora, pero resultan poco prácticas para la industria.

La inteligencia artificial incorpora las limitaciones de la construcción

La principal innovación del trabajo desarrollado por el MIT consiste en incorporar desde el inicio las restricciones propias de una obra.

El algoritmo permite establecer parámetros como el número máximo de piezas que pueden unirse en un mismo nodo, el tamaño mínimo de cada componente o los ángulos aceptables entre los distintos elementos estructurales.

De esta manera, la inteligencia artificial no solo busca reducir la cantidad de material empleado, sino que también genera propuestas que puedan transportarse, ensamblarse y construirse mediante técnicas ya utilizadas por el sector.

Josephine Carstensen, profesora de ingeniería civil del MIT y autora sénior del estudio, explicó que el desafío consiste en encontrar un equilibrio entre los materiales elegidos, la posibilidad real de construir el diseño y la optimización estructural.

El sistema decide qué material utilizar en cada parte

Otra característica del modelo es su capacidad para trabajar con distintos materiales de manera simultánea. La herramienta puede diseñar estructuras completamente de acero, íntegramente de madera o combinar ambos materiales según las necesidades de cada elemento.

Para ello utiliza algoritmos de enteros mixtos, capaces de determinar qué material resulta más conveniente para cada barra, cable o componente de una estructura.

En lugar de repartir porcentajes arbitrarios, el sistema decide de forma específica si una pieza debe fabricarse en acero o en madera, teniendo en cuenta su función mecánica, la resistencia requerida y el impacto ambiental asociado a cada opción.

Un puente sirvió como prueba del nuevo modelo

Para comprobar el funcionamiento de la herramienta, los investigadores utilizaron como referencia el puente Lockport, ubicado cerca de Buffalo, en Nueva York.

A partir de esa estructura desarrollaron varias versiones alternativas: una construida únicamente con acero, otra exclusivamente con madera y una tercera que combinaba ambos materiales.

Los resultados demostraron que pequeños cambios en variables como el ángulo entre los elementos o el tamaño mínimo de las piezas pueden modificar significativamente tanto el consumo de materiales como las emisiones de carbono generadas durante la construcción.

Según Zane Schemmer, estudiante de doctorado en ingeniería civil y ambiental y primer autor del estudio, una estructura completamente de acero puede ofrecer una gran resistencia, aunque no siempre representa la alternativa más favorable desde el punto de vista ambiental.

Del mismo modo, una solución basada únicamente en madera puede disminuir las emisiones de carbono, pero no necesariamente constituye la mejor opción para todos los componentes de una obra.

El siguiente paso será probar estructuras reales

Los investigadores consideran que el modelo puede convertirse en una herramienta de apoyo para arquitectos e ingenieros durante las primeras etapas de diseño, ayudándoles a encontrar soluciones que combinen seguridad, eficiencia y sostenibilidad.

El equipo trabaja ahora en validar sus resultados mediante estructuras físicas a escala para comprobar que el comportamiento observado en las simulaciones también se mantiene en condiciones reales.

Si las pruebas confirman su eficacia, este tipo de inteligencia artificial podría contribuir a reducir significativamente el uso de recursos en futuros proyectos de infraestructura, disminuyendo tanto los costos de construcción como la huella de carbono de una industria responsable de una parte importante de las emisiones globales.