The desert city of Tucson, Arizona, has an average annual rainfall of just 12 inches. But when the rain comes, it often comes in the form of torrential downpours, causing damaging floods across the city. This is a perhaps ironic challenge for Tucson and the broader Pima County area in which it is situated, given that it’s part of a much larger region working to ensure that there is—and will continue to be—enough water to go around in a time of unrelenting drought.

Both of these distinct water-management challenges—too dry and too wet—can be addressed by thoughtful land use and infrastructure decisions. Of course, when making such decisions, it helps to have precise mapping data on hand. That’s why Pima County officials are working with the Lincoln Institute’s Babbitt Center for Land and Water Policy and other key partners to pilot the use of some of the most cutting-edge mapping and data analysis tools on the market.

For the Babbitt Center—founded in 2017 with the mission of providing land-use research, education, and innovation to communities throughout the Colorado River Basin—the partnership represents one early step in exploring how such technology can be used to help integrate water and land use management across the region.

The technology itself originated across the country, at the Conservation Innovation Center (CIC) of Maryland’s Chesapeake Conservancy, a key player in cleaning up the notoriously pollution-addled Chesapeake Bay. To oversimplify a bit: CIC has designed image analysis algorithms that provide distinctly more granular image data of the earth’s surface. The technology has enabled a shift from a resolution that made it possible to observe and classify land in 30-meter-square chunks to a resolution that makes that possible at one square meter.

The details are of course a little more complicated, explains Jeffrey Allenby, the Conservancy’s director of conservation technology. Allenby says the new technology addresses an historic challenge: the compromise between resolution and cost of image collection. Until relatively recently, you could get 30-meter data collected via satellite every couple of weeks or even days. Or you could get more granular data collected via airplane—but at such a high cost that it was only worth doing every few years at most, which meant it was less timely.

What’s changing, says Allenby, is both the camera technology and the nature of the satellites used to deploy it. Instead of launching a super-expensive satellite built to last for decades, newer companies the CIC works with—Allenby mentions Planet Labs and DigitalGlobe—are using different approaches. “Smaller, replaceable” satellites, meant to last just a couple of years before they burn off in the atmosphere, can be equipped with the latest camera technology. Deployed in a kind of network, they offer coverage of most of the planet, producing new image data almost constantly.

Technology companies developed this business model to respond to commercial and investor demand for the most recent information available; tracking the number of cars in big-box store parking lots can, in theory, be a valuable economic indicator. Land use planners don’t need images quite that close to real time. But Allenby says the CIC began asking the tech companies, “What are you doing with the imagery that’s two weeks old?” It’s less expensive to acquire, but far better than what was previously available. The resulting images are interpreted by computers that classify them by type: irrigated land, bedrock, grassland, and so on. Doing that at a 30-square-meter level required a lot of compromise and imprecision; the one-meter-level is a different story.

The goal is to “model how water moves across a landscape,” as Allenby puts it, by combining the data with other resources, most notably LIDAR (Light Detection and Ranging) elevation data. Those are the “flour and eggs” of land use data projects, supplemented with other ingredients like reduction efficiencies or load rates from different land cover, depending on the project, Allenby says: “We’re building new recipes.” For Chesapeake Bay, those recipes are meant to help manage water quality. If you can determine where water is concentrating and, say, taking on nitrogen, you can deduce the most cost-effective spot to plant trees or place a riparian buffer to reduce that nitrogen load. (See “Precision Conservation,” October 2016 Land Lines.)

In the Colorado River Basin, the most urgent current water-management challenges are about quantity. Since water policy is largely hashed out at the local level despite the underlying land use issues having implications across multiple states, the Babbitt Center serves as a resource across a broad region. There’s currently a “heightened awareness” of water management among municipal and county policy makers, says Paula Randolph, the Babbitt Center’s associate director. “People are wanting to think about these issues and realizing they don’t have enough information.”

That brings us back to Pima County. Although it lies outside the basin, it boasts two features that make it a good place to evaluate how the uses of precision mapping data might be applied in the West: Basin-like geography and proactive municipal leaders. When the manager of technology for the Pima Association of Governments saw Allenby speak about the benefits of his work in the East, he contacted the CIC to discuss possibilities for the West. A year into the resulting project, several partners are on board, the group is mapping a 3,800-square-mile area, and the open-source data lives on the Pima Regional Flood Control District website, where others throughout the county are able to access and use it.

Broadly, this process has taken some effort, Randolph notes. Satellite data gathered in the West has different contours than the East Coast imagery that Chesapeake’s sophisticated software was used to, and that has required some adjustment—“teaching” the software the difference between a Southwestern rock roof and a front yard that both look (to the machine) like dirt. “We need human partners to fix that,” she says. “We strive for management-quality decision-making data.”

Even as such refinements continue, there are already some early results in Pima County. Clearer and more precise data about land cover is helping to identify areas that need flood mitigation. It has also been useful to identify “hot spots” where dangerous heat-island effects can occur, offering guidance for mitigation actions like adding shade trees. These maps provide a visual showcase about water flow and land use more efficiently than a field worker could.

Both Allenby and Randolph stress that this partnership is still in the early phases of exploring the potential uses and impacts of high-resolution map data. Randolph points out that while the Babbitt Center is working on this and another pilot project in the Denver area, the hope is that the results will contribute to a global conversation around water-management experimentation.

And Allenby suggests that the “recipes” being devised by technologists, policy makers, and planners will ideally lead to a shift in more accurately evaluating the efficiency and impact of various land use projects. This, he hopes, will lead to the most important outcome of all: “Making better decisions.” 

The Lincoln Institute has provided occasional financial support to the CIC for map- and data-related projects.

Rob Walker (robwalker.net) is a columnist for the Sunday Business section of The New York Times.

Image: High-resolution land cover data offers a closer look at Tucson, Arizona. Credit: Chesapeake Conservancy.

As Los Angeles experiences record population growth, more than 34,000 people in the city are homeless, and a total of more than 55,000 people are experiencing homelessness in Los Angeles County. Median gross rent in Los Angeles County was $1,264 in the period between 2012–2016, compared to the national median gross rent of $949.

View the PDF version of this map for more detail and a key.

Source: The Place Database. www.lincolninst.edu/research-data/data/place-database

El condado de Allegheny, Pensilvania, posee más puentes con estructura deficiente que cualquier otro del país: 201 de 1250, o el 16 por ciento. Las mejoras costarían, al menos, USD 150 millones.

Los puentes con estructura deficiente se caracterizan por el estado de deterioro y una capacidad inferior para el transporte de cargas. Si bien la clasificación no implica que el puente no sea seguro, sí indica que es posible que el puente necesite arreglos y mantenimiento importantes para permanecer abierto y, con el tiempo, tal vez necesite un gran reacondicionamiento o ser reemplazado.

Vea la versión en PDF de este mapa para obtener más detalles y una clave.

Crédito: The Place Database, www.lincolninst.edu/research-data/data/place-database

Over the past decade, three-dimensional printing has been one of the buzziest ideas in technology. Instead of adding ink to paper, a 3D printer translates a digital design into an object by adding layer upon layer of material (plastic, metal, concrete) through a computer-guided extruder—almost like a motorized toothpaste tube. More correctly but blandly described as “additive manufacturing,” the process has evolved from rapid-prototyping uses by tech corporations and design firms to widespread experimentation by hobbyists and hackers and startups, making objects from consumer products to toys.

But what about something bigger—like a house?

Actually, researchers and entrepreneurs around the world have been applying variations on the technique to increasingly ambitious building-sized projects for several years. The latest example involves a five-house development in Eindhoven, the Netherlands. It’s an ambitious experiment involving multiple partners that will wrestle with not only the practicalities of design and construction, but also regulation and the real-world marketplace, given that the properties are rentals. “We need a big revolution in the building industry,” said Rudy van Gurp, the project manager for building contractor Van Wijnen Rosmalen, and the application of 3D-printing techniques could be part of that.

The advantages to this still-evolving form of building include more efficient use of materials, which both cuts costs and minimizes waste; speed of construction; and potential for customization. Or at least that’s the promise, if the technology continues to improve at its current pace. That’s one reason the Eindhoven experiment is notable, as it follows a recent burst of related prototyping breakthroughs.

This past March, a firm called Icon in Austin, Texas, used its take on 3D-printing technology to build a sleek, intentionally minimalist 350-square-foot home for a reported $10,000, predicting it could knock the cost down to $4,000 as it modifies its design to further reduce non-“printed” elements. The structure was built to meet local housing codes and is currently being used as a model home and office. Envisioning the process as a potential solution to housing needs in the developing world, Icon is working with the nonprofit New Story to bring its approach to El Salvador.

And in July, a French family of five was chosen to be apparently the first in the world to actually move into a 3D-printed house: a detached, 1,000-square-foot social housing unit with eye-catching curves. The organizers of that project say it cost about $200,000, which they say is 20 percent less than an identical version built using traditional methods. The structure took 54 hours to print—although it took another four months to finish non-printed elements such as the windows and roof.

Both build time and cost are projected to fall as the process is refined. But what will matter in the longer run is how the technology gets merged into existing city planning objectives, as well as broader thinking about development and land use. That’s the other reason the Eindhoven project is compelling: one of the various parties looking to explore, and influence, the future of construction there is the city itself.

“I was wondering why [construction] was such a traditional sector,” Vice Mayor Yasin Torunoglu reflected. “It has always been the same way of building houses and new buildings.” And that has led to practical and workaday problems. For instance, the Netherlands has a shortage of skilled bricklayers, which seems like a very 20th-century reason for a construction delay. “I was wondering where the [tech] revolution was,” Torunoglu said.

In helping coordinate the partnership behind what is now called Project Milestone, Torunoglu wanted the city to be directly involved in shaping technology’s impact and regulatory implications—not trailing behind and reacting to change created by others, as is so often the case with tech disruption.

Other partners in the effort include the Eindhoven University of Technology and the design firm Houben en Van Mierlo Architecten. The core technology, developed by the university, was used to build the world’s first concrete 3D-printed bridge in 2017. A big mechanical nozzle mounted on a frame squeezes concrete in precise amounts in a programmed pattern—building walls and forms as a 3D printer would, but on a larger scale.

The latest effort will play out over five years and, like 3D printing itself, build up layer by layer. The first house, a one-story, two-bedroom structure, is meant to be ready by next year. It will be built largely in the university’s construction lab, and transported and assembled on site. (Plumbing and wiring are accommodated in the printed designs and finished on site.) The subsequent houses are steadily larger and more ambitious. The team will draw lessons from each construction to shape the next, on everything from building details to coding issues. The final structure will be “printed” on-site.

The designs are striking, idiosyncratic, and almost blobby, with distinct and unpredictable curves. This is a direct result of the 3D-printing process. Designs can be tweaked and modified house by house in a way that allows “true mass customization,” builder van Gurp said: “Every house can have a different look.” Torunoglu, the Eindhoven vice mayor, made a similar point, arguing that the process could “democratize the industry,” offering unprecedented design input to home buyers.

Of course, that’s a long way away. The process is “really interesting and could reduce the cost of housing in a significant way,” says Armando Carbonell, senior fellow and chair of the Department of Planning and Urban Form at the Lincoln Institute of Land Policy. “But that’s a ‘could.’”

If promised improvements materialize, this method would be 40 percent cheaper than standard construction, advocates of the burgeoning industry say. But as significant as that would be, the impact would still vary. In hot markets like New York or San Francisco, the portion of housing costs attributable to land value is two or three times construction costs; this method would be more effective in those cities if it proves possible to build “up,” increasing density. In cooler markets like Cleveland or St. Louis, where construction drives the cost of housing, 3D-printed homes could drastically lower such costs, Carbonell says. This could have an even greater impact in developing-world contexts.

The Eindhoven project is more directed at higher-end buyers, but that could still significantly help establish 3D printing as a viable construction option, because its success or failure depends on actual consumer acceptance. “It’s a challenge to learn from this process,” Eindhoven Vice Mayor Torunoglu said. “We have to collaborate with the market.”

In a good sign for that collaboration, more than 100 people have already signed up as potential renters. That level of interest isn’t something you can manufacture.

Rob Walker (robwalker.net) is a columnist for the Sunday Business section of The New York Times.

Image: Houben en Van Mierlo Architects

Este julio, en Santa Marta, la ciudad sobre la costa caribeña de Colombia, los ciudadanos, grupos comunitarios, funcionarios públicos y una variedad extraordinaria de especialistas tomarán las herramientas y trabajarán juntos durante dos semanas para solucionar desafíos de diseño tecnológico que resultan importantes para los residentes de las comunidades costeras. En el proceso, machacarán los asuntos ecológicos, sociales y políticos de los habitantes pobres de la región, en particular aquellos que viven en asentamientos informales nuevos. 

La Cumbre de Diseño para el Desarrollo Internacional (IDDS) de Colombia: 2018, Nuevos Territorios Costeros, cuenta con unos 60 participantes, la mayoría de los cuales son latinoamericanos, y reunirá a expertos con maestrías, pescadores, arquitectos, expertos en robótica, antropólogos, economistas, artistas, biólogos, químicos y distintos ingenieros. La gran mayoría de los participantes son mujeres.

Los temas principales por tratar son saneamiento, vivienda, acceso al agua y seguridad alimentaria. Los participantes considerarán estas necesidades dentro del contexto de la planificación territorial. El Programa de Naciones Unidas para los Asentamientos Humanos (ONU-Habitat) considera la planificación urbana y territorial como un proceso de toma de decisiones que apunta a objetivos económicos, sociales, culturales y medioambientales mediante políticas de suelo. La planificación es una forma de remodelar las ciudades y regiones para acelerar el crecimiento local y regional “mientras se atienden las necesidades de los grupos más vulnerables, marginados o desatendidos”.

La lógica detrás del evento de diseño es reunir distintos actores en un entorno propicio para innovar en distintos planos. Con el tiempo, la instrucción y el apoyo suficientes, los participantes pueden colaborar para crear herramientas y métodos adecuados para las necesidades locales, y progresar en el debate de problemas complejos y sistémicos. Uno de los principios fundamentales del proceso de diseño es esperar resultados negativos y aprender de ellos. 

El evento del IDDS se basa en el proceso de diseño tecnológico, y refleja sus orígenes en un proyecto lanzado en el Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), en 2002. El anfitrión del evento es el Centro de Innovación de Tecnologías Apropiadas y Educación (C-Innova), con base en Bogotá, Colombia, fundado en 2015. C-Innova es un descendiente del D-Lab, de MIT, un centro de diseño y educación tecnológica y programa internacional para el desarrollo de comunidades con actividades en América Latina, el Caribe, África y Asia. 

La estrategia antipobreza del D-Lab pretende lograr que la vida de los pobres sea menos precaria. Los prepara para construir asentamientos duraderos y crear oportunidades económicas mediante el desarrollo de tecnologías y productos que puedan encontrar mercados dispuestos dentro de la comunidad, y tal vez fuera de ella. El D-Lab ha crecido e incluyó un plan de estudios interdisciplinario con énfasis en el trabajo de campo, la investigación aplicada a la tecnología y la construcción de la comunidad, así como métodos de desarrollo ascendente enfocados en la capacidad creativa local y la sustentabilidad. 

Amy Smith, directora fundadora del D-Lab, es profesora sénior de ingeniería mecánica en MIT. Fue voluntaria del Cuerpo de Paz en Botsuana, y en 2004 recibió una “beca al genio” de la Fundación McArthur. Sus primeros trabajos colaborativos de diseño, que realizó con estudiantes interesados en abordar los efectos de la pobreza en todo el mundo, incluyen métodos para fabricar carbón poco contaminante con deshechos agrícolas, filtros de agua de bajo costo y fácil mantenimiento, y kits de prueba de bacterias.

El laboratorio trabaja con una extensa lista de socios internacionales y encabeza la Red de Innovación para el Desarrollo Internacional (IDIN), un conjunto de universidades, instituciones y centros de innovación, como C-Innova. La IDIN fue fundada para apoyar las Cumbres de Diseño para el Desarrollo Internacional, cofundadas por Smith en 2007.

Algunas de las innovaciones creadas con la influencia del D-Lab son un sistema de filtración de agua multietapa para tratar agua mineral contaminada en Valle del Cauca, en la montañosa Región del Pacífico de Colombia, y un método de compost que crea tierra fértil para usar en producción alimentaria a baja escala en La Calera, a las afueras de Bogotá. 

“Somos un poco distintos en el nivel en que involucramos a los grupos comunitarios (los usuarios finales) en el proceso de diseño, el proceso de resolución de problemas”, explicó Smith. “Muchas iniciativas consultan a los usuarios, pero no los involucran del todo para crear las soluciones, identificar los desafíos de la implementación y realizar mejoras”.

IDDS Construyendo Paz, presentada por la Universidad Nacional de Colombia en enero de 2018, reunió a participantes en charlas sobre repoblación posconflicto, que incluyeron a miembros de las Fuerzas Armadas Revolucionarias de Colombia (FARC). En la cumbre nació un sistema de recolección y purificación de agua de lluvia, además del diálogo constructivo. “Todo lo que contribuya a que las comunidades resuelvan un problema —como el de contar con agua potable a muy bajo costo— también es una contribución a la paz, en la medida en que nos beneficiará a todos”, afirmó Efrén Morales, exrebelde, al servicio de noticias de la Universidad Nacional de Colombia. 

Bogotá

C-Innova trabaja desde un taller de vecindario reconvertido, a escasos metros de la Universidad Nacional de Colombia, en Bogotá. Allí, los estudiantes orientados al diseño y otros miembros de la comunidad pueden desarrollar sus habilidades con herramientas, experimentar y fabricar aparatos prácticos y de bajo costo con materiales de uso cotidiano. Para los estudiantes, significa tener acceso inmediato a mentores, equipo y materiales en un entorno menos burocrático que el de la universidad. Para la comunidad local, en todo el país y la región, es parte de un movimiento más grande que utiliza principios de diseño y enfoques de colaboración para combatir la pobreza y democratizar el acceso a la tecnología.

El centro surgió de un proyecto patrocinado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) con el objeto de establecer una red mundial de centros tecnológicos comunitarios, según afirma Pedro Reynolds-Cuéllar, cofundador. La idea era reunir expertos y profesionales regionales e internacionales, residentes y organizaciones locales, y emprendedores de la zona para abordar las necesidades de la comunidad mediante actividades orientadas al diseño que fomenten las empresas sustentables a nivel local y regional. El centro está basado en una plantilla del D-Lab para los centros de innovación comunitaria: un lugar de trabajo y de reunión equipado con herramientas, sesiones de capacitación y una tienda que venda las tecnologías.

C-Innova organizó una cumbre para eliminar los residuos en Cali, en la que trabajó con recolectores de basura locales para desarrollar un método de reciclaje de filamento plástico que se pueda usar como resina para impresoras 3D, crear un nuevo mercado para este material y dar a luz a lo que hoy es una empresa con 50 empleados que recicla desechos de construcción y los convierte en cemento. Además, trabajó con la población desplazada en la periferia del sudeste de Bogotá y ayudó a madres solteras en emprendimientos para confeccionar decoraciones de fiesta con plástico reciclado, y diseñar y construir elementos prácticos para el hogar, como cunas y linternas.

Ecosistemas de innovación

“Lo que es importante para nuestro trabajo es esta idea de crear ecosistemas locales de innovación, ya sean urbanos o rurales, que consisten en una red de miembros de la comunidad y espacio físico”, dijo Smith.

Después de casi dos décadas de promover respuestas a la pobreza basadas en el diseño, el D-Lab empezó a hacer un inventario de los tipos de condiciones que alientan a la innovación. En esta etapa de la investigación, en la cual se formulan hipótesis, el D-Lab está repasando 300 innovaciones locales, desde peladores de maní y pequeñas turbinas submarinas hasta filtros de agua y servilletas sanitarias, mediante entrevistas y confección de casos de estudio en África, el sudeste asiático y América Latina. 

En el primero de una serie de ensayos, Elizabeth Hoffecker, investigadora científica del D-Lab, describe a los ecosistemas de innovación como “comunidades de ciertos lugares con actores que interactúan y se involucran en producir innovación y apoyar procesos de innovación, junto con la infraestructura y el entorno propicio, que les permiten crear, adoptar y difundir soluciones a desafíos locales”.

El laboratorio pretende identificar los límites y otras características de los ecosistemas de innovación, formas de medir y respaldar la capacidad de innovación de una comunidad, y la importancia de la innovación local en el contexto de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU e iniciativas similares. 

El D-Lab clasifica las innovaciones locales según el tipo: las que ahorran tiempo o trabajo, como lavadoras impulsadas a pedal y trilladoras de arroz a energía eólica, que aumentan los ingresos y liberan tiempo para otros usos productivos; las que crean nuevos ingresos (que suelen ser inventos novedosos); las que llenan huecos importantes en el suministro de salud, saneamiento y bienestar; y las que ofrecen un servicio esencial que admite otras formas de actividad económica o doméstica. En general, estas innovaciones locales pueden mejorar el bienestar, los ingresos, el acceso a la educación, la movilidad, y la oportunidad de participación cívica local y toma de decisiones.

Según Peter Pollock, miembro del Instituto Americano de Planificadores Certificados (FAICP) y gerente de los Programas Occidentales del Instituto Lincoln, el enfoque general puede beneficiar al proceso de planificación. “Las herramientas de planificación no se deberían desarrollar e implementar por cuenta propia”, dijo. “Al involucrar directamente a los usuarios finales para abordar sus necesidades prácticas con tecnología adecuada, alcanzaremos estas metas sociales y económicas importantes del mejor modo”.

En términos de desarrollo convencional, se podría decir que dicha innovación local no influye mucho y no se puede aplicar muy bien más allá de la comunidad local. Hoffecker destaca que la gran mayoría de las innovaciones se utilizaron para 500 personas o menos, y la mediana del grupo de usuarios era de 50. Esto no es de sorprender, si se consideran las comunidades a las que se apunta. 

Pero los investigadores del MIT descubrieron que la innovación a nivel local promueve el crecimiento de la infraestructura en forma de espacios físicos y redes sociales. 

Esta dinámica autoperpetuable evidencia la metodología del D-Lab: identificar comunidades según las necesidades, recursos e interés comunitario local; capacitar a miembros de la comunidad en el proceso de diseño y enseñarles las habilidades para abordar su situación particular; ayudarlos a establecer un makerspace

“Para comenzar, enseñamos el proceso de diseño con productos muy tangibles y un desafío muy concreto; luego, trasladamos eso a una solución intangible, pero que no deja de ser un poco concreta”, dijo Smith. “Y luego los movemos a programas y sistemas abstractos e intangibles, para que las personas puedan observar el proceso de diseño como pasos creativos para resolver distintos tipos de problemas”.