El futuro diseño aéreo puede deberse un guiño a cinco loros aleteando en una cámara de vuelo instrumentada en la Universidad de Stanford. Revelaron que, en contra de la comprensión convencional de cómo vuelan los animales y los aviones, las aves pueden utilizar la resistencia para soportar su peso corporal durante el despegue y emplear la sustentación como freno en sus aterrizajes.

"Las cosas que aprendes en clase no siempre son ciertas, "dijo David Lentink, profesor asistente de ingeniería mecánica. Los nuevos hallazgos pueden alterar la comprensión de conceptos familiares. En este caso, él dijo, "Debemos revisar nuestra idea de la función de arrastre".

La sabiduría convencional nos dice que la resistencia es una fuerza que ralentiza un objeto y la elevación es una fuerza que contrarresta la gravedad. levantar un pájaro o un avión en vuelo. Pero las medidas tomadas por la estudiante de posgrado Diana Chin, publicado el 25 de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza , muestran que las aves en realidad recurren al arrastre para soportar hasta la mitad de su peso corporal durante el despegue, y esa elevación les ayuda a frenar durante el aterrizaje.

Medición de fuerzas de vuelo

Para medir las fuerzas horizontales y verticales instantáneamente, Chin construyó una configuración con paneles de sensores en el piso, techo, anverso y reverso de las trayectorias de vuelo de las aves. Cada panel contenía tres sensores, al igual que las dos perchas para el despegue y el aterrizaje de aves, sumando un total de 18 sensores para medir las minúsculas fuerzas generadas por un pájaro de 30 gramos.

Las ventanas integradas en los paneles permitieron a Chin filmar los movimientos de las alas con cinco cámaras de alta velocidad disparando a 1, 000 cuadros por segundo. Al combinar el movimiento medido de las imágenes así como las mediciones de fuerza de los sensores, Chin y Lentink pudieron determinar por primera vez la magnitud de la sustentación y el arrastre en el despegue y el aterrizaje.

"Algo como esto nunca ha existido antes, ", dijo Lentink." La tecnología de medición en sí es un logro de ingeniería ". Como tal, Chin necesitó varias iteraciones para diseñar y fabricar con éxito la estructura. El siguiente desafío fue conseguir los loros del laboratorio:Gaga, Gary, Oreo, Aurora y Boy, para volar voluntariamente dentro de él.

Para las aves

Afortunadamente para Chin, Los loros son aves muy entrenables y volarán felizmente los 80 centímetros de percha en percha para obtener una semilla de mijo. De estos vuelos, Lentink y su equipo descubrieron que al inclinar las alas en una pendiente durante el despegue, las aves pueden orientar su elevación hacia adelante para acelerar y su arrastre hacia arriba para soportar hasta la mitad de su peso corporal.

"El despegue es lo más importante, pero también esperas un aterrizaje seguro, ", Dijo Lentink. La reutilización de la resistencia durante el despegue en realidad maximiza las fuerzas generadas por las aves, mientras que reorientar la sustentación puede ayudarlos a reducir la velocidad sin los costos de energía de frenar antes de realizar la colisión controlada que llaman aterrizaje.

"Muchos otros animales que aletean probablemente hacen un uso similar de la elevación y el arrastre durante el despegue y el aterrizaje, "dijo Chin. Aves juveniles, Las aves marinas que también nadan bajo el agua y las especies de aves más primitivas que tienen dificultades para generar la fuerza aerodinámica necesaria con sus alas encontrarían esta táctica especialmente útil.

Ancestros ancestrales de las aves, llamados protobirds, también tenía alas que generaban principalmente resistencia. Con el conocimiento de que el arrastre podría ayudar a soportar el peso corporal en el despegue, Tanto Chin como Lentink reconocen que puede haber algunas especies que anteriormente habían sido clasificadas como no voladoras que podrían haber usado la resistencia para volar.

Después de 150 millones de años de evolución de las aves, "si las aves modernas todavía lo utilizan, eso te dice mucho, ", dijo Lentink." Eso no significa que sea eficiente, pero es efectivo ".

Revisar los libros de texto

¿Deberíamos reconstruir todas las tecnologías aerotransportadas para reflejar este descubrimiento? No exactamente. Mientras que Lentink dejaría solo el diseño de un Boeing 747, sugiere revisar tanto la forma en que se enseña la evolución del vuelo de las aves como la aerodinámica.

"Creo que muchos dibujos en los libros de texto de vuelo pueden ser engañosos, especialmente cuando se trata del vuelo de los animales, ", Dijo Chin. El arrastre podría haber jugado un papel importante en la evolución del vuelo de los animales. Para los precursores de las aves, usar arrastre para soportar el peso de su cuerpo podría haberlos ayudado a aumentar su capacidad hasta que sus alas fueran capaces.

"Ninguna parte de la literatura aeroespacial ideó el uso de la resistencia aerodinámica para soportar el peso, "dijo Lentink mientras sacaba los libros de texto de biología y aerodinámica de los estantes, señalando diagramas de aves en vuelo con sus fuerzas asociadas dibujadas. "Ese dibujo estándar tiene que ser revisado".

Incluso si los aviones convencionales no cambiarán drásticamente, Lentink ve aplicaciones potenciales en el diseño de robots aéreos. Al igual que con los pájaros, utilizar la resistencia para volar puede no ser el método más eficiente, pero podría ayudarlos a despegar.