Sistema de arrastre innovador para deportes de deslizamiento

Abstract

Los deportes extremos, cada día más comunes en la dedicación lúdica del usuario medio, generalmente se caracterizan por aprovechar distintos tipos de energía – como la potencial almacenada en cotas altas de montaña o la energía de las olas – en energía cinética para el disfrute de la sensación de velocidad y adrenalina que, por norma general, transmiten. La necesidad del estudio hacia la innovación de este proyecto surge de las limitaciones actuales de los medios empleados en deportes de deslizamiento como el esquí – similares como el surf, wakeboard, kitesurf, sandboard -. En el caso concreto del esquí, seleccionado como dedicación especial de este estudio el 99,6% la de esquí internacional se distribuye tan solo en 56 países. España se sitúa muy cerca de uno de los principales núcleos de este deporte con más del 45% de afluencia, los Alpes, y además cuenta común importante mercado interior, sin embargo, la cifre de visitantes media en los últimos años a las estaciones españolas no ha superado los 5,5 millones de usuarios – muy lejos de los 56 de Francia o los 28 de Italia -. Tras adquirir los conocimientos sobre patentes, vías para adquirir la protección, su legislación y el procedimiento de solicitud; el estudio se encamina a lograr un salto creativo en la técnica del campo de interés. Este proceso contempla distintas fases de estudio y diseño. Las fases – definidas en el Capítulo 3 de la memoria – siguen el principio de la ingeniería concurrente empleando la sinergia entre metodologías tradicionales de estudio de patentes TRIZ, la valoración cuantitativa de diseños funcionales mediante QFD y el empleo de técnicas modernas de la industria para la síntesis de conceptos a partir de la patentometría (Método de los Escenarios Ponderados). La primera fase, la vigilancia tecnológica, elaborará una base de conocimiento con 367 patentes relacionadas con el campo de la técnica que se pretende desarrollar – en concreto los campos A63C10/11 y A63C5/08 dentro de la clasificación IPC- que son los medios de asistencia motorizados al deporte del esquí. Las patentes se clasificaron de manera cronológica de manera que el proceso permite adquirir una noción de los saltos evolutivos de las soluciones propuestas lo largo de la historia. Se pueden identificar de los estudios extraídos una tendencia creciente en este campo. La reciente influencia de las cámaras de acción y las redes sociales ha generado un boom por la práctica de nuevas actividades y deportes extremos; como consecuencia la acción inventiva recibe un gran impulso. También se analiza los datos geopolíticos de las patentes. determinar el ámbito de protección es un hito clave de la fase de vigilancia. Los resultados del análisis muestran que los principales países donde se busca proteger este tipo de invenciones son EEUU, Alemania, Francia, Japón y en una proporción no tan comparable Canadá y el resto de países europeos. Es cierto que gran parte de las patentes apuntan a un marco mundial o europeo desde un principio, lo que indica que es un mercado muy extenso en cuanto a geografía. Un 15% de las solicitudes proviene de fabricantes mientras que el 85% restante ha sido explotado por el propio inventor o probablemente licenciado a posteriori al mejor postor. Los fabricantes con más solicitudes son Atomic Gmbh, Saroy Engineering, Bibollet SA, Yamaha y Head Sport. Todos ellos son fabricantes con un gran catálogo de productos dedicados al deporte del esquí o similares, y que probablemente puedan verse interesados en la adquisición de una patente como la que se propone en caso de suponer un éxito de mercado. Esto enmarca el proyecto en un escenario ideal para buscar la inversión particular en este tipo de invención. Además, el análisis particular de los productos de estos fabricantes no lleva a ver la magnitud que realizan en I+D, la clase de productos que buscan y las posibilidades de mejora que se pueden incluir en el diseño. Todas las patentes se clasifican en problemas y sub-problemas. El objetivo es centrarse en uno de ellos para el diseño enfocado. Los problemas identificados como principales son: medios de propulsión, maniobrabilidad, versatilidad, seguridad y entrenamiento, estructura y forma y reducción del coste. La conclusión del análisis muestra que un campo que aún presenta capacidad de mejora, la versatilidad de las invenciones en distintos medios – agua, nieve, tierra -. Una vez focalizado el problema se pasa al diseño funcional. Este inicio ya parte de la opinión de usuarios potenciales en cuanto a qué conceptos entienden como funcionalidades necesarias en la invención y su importancia relativa. En base a esto, se construye un modelo de calidad con evaluaciones cuantitativas (QFD) para proponer la mejor estructura funcional. Mediante los métodos TRIZ de descomponen los elementos esenciales de las soluciones. De la descomposición de las soluciones, empleando el Métodos de Escenarios Ponderados para una síntesis de elementos a modo de rompecabezas, se conforman varias soluciones que mejoran las patentes existentes hasta la fecha. La valoración cuantitativa de estas soluciones nos lleva a la toma de decisión por una de ellas. La invención será un sistema de tracción formado por un elemento tractor dron multirrotor, de seis o más rotores accionados por motores de DC; una línea de arrastre y un sistema de control. Dicho sistema de control está conformado por un manillar de dirección, donde se alojan los controles electrónicos a distancia del vuelo del dron y los dispositivos de visualización digital del estatus de la marcha; y por un arnés, unido a la línea de arrastre principal mediante un sistema de liberación rápida en caso de caída o peligro. La línea principal pasa a través de un orificio en el manillar y está anclada a otros dos puntos en los extremos de la barra mediante un sistema regulable en longitud. El paso posterior es adecuar el diseño a un concepto visualmente atractivo y convincente para el usuario. En concreto el elemento de mayor influencia es el mencionado manillar de control. Se emplea el método Kansei para validar un diseño visual a través de síntesis de propiedades físicas y emociones del usuario. Los datos se toman mediante una encuesta en formato electrónico y sobre un set de muestras conceptuales compuesto de bocetos digitales y fotografías. a. Los resultados indican que la inclusión del arnés en el sistema es fundamental para garantizar seguridad. Asimismo, un manillar amplio y horizontal proporciona al usuario sensación de maniobrabilidad y comodidad que otras configuraciones no aportan. El contorneado del agarre, la inclusión de muchos materiales y un acabado cuidado presentan un diseño más atractivo a todos los públicos. Dicha invención fue dimensionada y validada en el Capítulo 7 de la memoria. En éste se calculó la potencia necesaria a desarrollar por un multirrotor de arrastre para tirar de un esquiador en el ascenso de una pendiente a velocidad constante. EL planteamiento estático del problema permite un primer dimensionamiento de los principales componentes del multirrotor, así como una especificación de sus capacidades de carga. En concreto, para el arrastre de un esquiador a una velocidad constante de 5 m/s y en unas condiciones de pendiente y viento desfavorables el empuje necesario en los impulsores se sitúa en torno a los 16kg de fuerza por rotor – con un número mínimo de 8 rotores para aportar redundancia – y una potencia total de 26 KW. El multirrotor tendrá una envergadura aproximada de 2,2m y sus rotores, un diámetro de 85 cm (23 pulgadas). Todo ello teniendo en cuenta un factor de sobredimensionamiento para efectos dinámicos transitorios. La selección de componentes permite elaborar el presupuesto para el prototipo inicial a construir. El prototipo inicial se sitúa en un intervalo de coste entre los 20.000€ y los 30.000€. Valor razonable al compararlo con productos de aplicación similar y prototipos de competidores directos. El cliente al que se enfoca la invención queda muy por encima del gasto medio del usuario (español) en ocio y deporte. El nicho de mercado por tanto deberán ser las grandes corporaciones que gestionan los resorts de esquí y sus actividades, de manera que la innovación pueda introducirse como valor añadido en su modelo de negocio y éstos saquen rentabilidad de la patente a través de su alquiler al usuario final como actividad. Al conocer los costes y el enfoque de ventas, junto con la inversión en la propiedad industrial se puede elaborar un estudio de viabilidad económica para la inversión en el desarrollo de esta patente. En el capítulo 8 se detalla el marco económico propicio para el desarrollo de esta inversión. El método de valoración escogido es un descuento de flujos libres de caja. Los resultados, para la estimación de crecimiento y ventas, ofrecen un VAN por encima de los 100.000 €, una tasa de rentabilidad del 17% superior al retorno exigido por el mercado (11,5%). Teniendo en cuenta que la inversión se realiza hasta el fin de la protección industrial (20 años) el periodo de retorno son 13 años. Con todo ello la solicitud de patente se realizó el día 27 de Enero de 2017se realizó siguiendo las pautas establecidas por la Ley, como se puede observar en el Documento 2 de este proyecto. Se obtuvo el número de solicitud P201700061 para la patente “Sistema de remolque por multirrotor para deportes de deslizamiento”.

Extreme sports, more and more common in the leisure time of the average user, are usually characterized by taking advantage of different types of energy - such as the potential energy stored at high mountain heights or wave energy - in kinetic energy to enjoy the sensation of speed and adrenaline that, as a general rule, these kind of sports transmit. The need for study towards innovation of this project arises from the current limitations of the means employed in sliding sports such as skiing - similar to surfing, wakeboarding, kitesurfing, sandboarding. In the specific case of skiing, selected as the special dedication of this study, 99.6% of international skiing is distributed in only 56 countries. Spain is situated very close to one of the main centers of this sport with more than 45% of influx, the Alps, and also counts with an important domestic market, however the average number of visitors in recent years to the Spanish resorts has not exceeded 5.5 million users - far from the 56 in France or 28 in Italy. After gaining knowledge about patents, ways to acquire protection, its legislation and the application procedure; the study aims to achieve a creative leap in the technique on the field of interest. This process contemplates different phases of study and design. The phases - defined in Chapter 3 of the report - follow the principle of concurrent engineering using the synergy between traditional patent study methodologies TRIZ, the quantitative valuation of functional designs using QFD and the use of modern industry techniques for synthesis of concepts from the patentometry (Method of Weighted Scenarios). The first phase, technological surveillance, will develop a knowledge base with 367 patents related to the field of the technology that is intended to be developed - specifically fields A63C10/11 and A63C5/08 within the IPC classification - which are the means of motorized assistance to skiing. The patents were classified in a chronological way so that the process allows acquiring a notion of the evolution of the solutions proposed throughout the history. A growing trend in this field can be identified from the studies extracted. The recent influence of action cameras and social networks has generated a boom for the practice of new activities and extreme sports; as a result the inventive action receives a great impulse. The geopolitical data of patents is also analyzed. Determining the scope of protection is a key milestone of the monitoring phase. The results of the analysis show that the main countries who seek to protect this type of inventions are the USA, Germany, France, Japan and in a proportion not so comparable Canada and the rest of European countries. It’s true that most patents point to a global or European framework from the outset, indicating that it’s a very extensive market, geographically. 15% of the applications come from manufacturers while the remaining 85% has been exploited by the inventor himself or probably licensed after the highest bidder. Manufacturers with more applications are Atomic Gmbh, Saroy Engineering, Bibollet SA, Yamaha and Head Sport. All of them are manufacturers with a large catalog of products dedicated to the sport of skiing or similar, and may probably be interested in acquiring a patent like the one proposed, in the case of a market success. This frames the project in an ideal scenario to look for the particular investment in this type of invention. In addition, the particular analysis of the products of these manufacturers does not lead to seeing the magnitude they invest in R&D, the kind of products they are looking for and the possibilities of improvement that can be included in the design. All patents are classified into problems and sub-problems. The goal is to focus on one of them for the focused design. The problems identified as main are: means of propulsion, maneuverability, versatility, safety and training, structure and shape and cost reduction. The conclusion of the analysis shows that a field that still presents capacity for improvement, the versatility of inventions in different media - water, snow, earth. Once focused the problem we move on to functional design. This beginning already derives from part of the opinion of potential users as to what concepts they understand as necessary functionalities in the invention and its relative importance. Based on this, a quality model is constructed with quantitative evaluations (QFD) to propose the best functional structure. Through the TRIZ methods the essential elements of the solutions are decomposed. From the decomposition of the solutions, using the Weighted Scenario Methods for a synthesis of elements as a puzzle, several solutions are formed that improve the existing patents to date. The quantitative evaluation of these solutions leads us to the decision-making of one of them. The invention will be a traction system formed by a multi-rotor driving element, of six or more rotors driven by DC motors; a drag line and a control system. This control system is made up of a steering handle, which houses the remote electronic controls of the flight of the drone and the devices of digital display of the status of the march; and by a harness, attached to the main drag line by means of a quick release system in case of fall or danger. The main line passes through a hole in the handlebar and is anchored to two other points at the ends of the bar by a system adjustable in length. The next step is to adapt the design to a visually attractive and convincing concept for the user. In particular, the most influential element is the mentioned control handlebar. The Kansei method is used to validate a visual design through the synthesis of physical properties and emotions of the user. The data are taken through a survey in electronic format and on a set of conceptual samples composed of digital sketches and photographs. The results indicate that the inclusion of the harness in the system is fundamental to guarantee safety. Also, a wide horizontal handlebar gives the user a feeling of maneuverability and comfort that other configurations do not provide. The contouring of the grip, the inclusion of many materials and a careful finish present a design more attractive to all audiences. The mentioned invention was dimensioned and validated in Chapter 7 of the report. Here was calculated the power the dragging multi-rotor has to develop to pull a skier in the ascent of a slope at constant speed. The static approach of the problem allows a first dimensioning of the main components of the multi-rotor as well as a specification of its load capacities. Specifically, to drag a skier at a constant speed of 5 m/s and under unfavorable slope and wind conditions, the necessary thrust in the impellers is around 16 kg of force per rotor - with a minimum number of 8 Rotors to provide redundancy - and a total power of 26 KW. The multi-rotor will have an approximate span of 2.2m and its rotors, a diameter of 85cm (23 inches). All this taking into account an oversizing factor for transient dynamic effects. The selection of components allows the budget for the initial prototype to be constructed. The initial prototype is in a cost range between €20,000 and €30,000. Fair value when compared to products of similar application and prototypes of direct competitors. The customer to whom the invention is focused is well above the average expenditure of the user (Spanish) in leisure and sports. The market niche should therefore be the large corporations that manage the ski resorts and their activities, so that the innovation can be introduced as added value for their business model and these will make profitability of the patent through their rent to the final user as an activity. By knowing the costs and the approach of sales, together with the investment in the industrial property an economic feasibility study for the investment in the development of this patent can be elaborated. Chapter 8 details the economic framework conducive to the development of this investment. The valuation method chosen is a discount of free cash flows. The results, for the estimation of growth and sales, offer a NPV above 100,000 €, a rate of return of 17% higher than the return demanded by the market (11.5%). Considering that the investment is made until the end of industrial protection (20 years) the return period is 13 years. With all of this, the patent application was made on the 27th of January 2017, and was done following the guidelines established by the Law, as can be seen in Document 2 of this project. Application number P201700061 was obtained for the patent "Sistema de remolque por multirrotor para deportes de deslizamiento".