En un hallazgo que podría beneficiar al diseño de drones, Una investigación galardonada realizada por un estudiante de doctorado de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) muestra que las trayectorias de vuelo onduladas de las mariposas monarca son en realidad más eficientes energéticamente que una trayectoria en línea recta.

El artículo de Madhu Sridhar ganó el Concurso de trabajos para estudiantes graduados de Mecánica de vuelo atmosférico de la AIAA de 2019 y fue galardonado en el Foro de SciTech de la AIAA 2020 celebrado recientemente en Orlando. Fla. El AIAA Scitech Forum es la conferencia aeroespacial anual más grande y se enfoca en los hallazgos de investigación y tecnología en la comunidad aeroespacial. El Foro SciTech de la AIAA 2020 incluyó más de 2, 500 presentaciones técnicas con más de 5, 000 participantes.

Sridhar modeló y analizó el consumo de energía de las mariposas monarca mientras trabajaba en el Laboratorio de Medición Óptica de Seguimiento Autónomo (ATOM) de la UAH bajo la dirección del Dr. Chang-kwon Kang, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, y el Dr. Brian Landrum, profesor asociado y presidente asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial. La investigación fue apoyada por fondos de la National Science Foundation.

El hallazgo de que una trayectoria de vuelo ondulada consume menos energía puede ser valioso en el diseño bioinspirado de drones robóticos en miniatura de largo alcance.

"Uno de los objetivos subyacentes de nuestro estudio es desarrollar un dron que pueda volar tanto tiempo como una monarca migrante, "Dice Sridhar." La migración anual de las mariposas monarca es la más larga entre los insectos. Pueden ser 3, ¡000 kilómetros de largo! Incluso los drones de última generación no pueden mostrar estos largos rangos ".

Los investigadores utilizaron un modelo de mariposa analítico simplificado en el estudio, centrándose en la interacción dinámica entre la aerodinámica del ala y la dinámica de la carrocería, dice Sridhar, quien es de Bangalore, India.

"Este documento muestra que este modelo concuerda razonablemente bien con los datos experimentales, ", dice." Usamos cámaras de seguimiento de movimiento para registrar una serie de trayectorias de vuelo y movimientos de alas y cuerpos de mariposas monarca que vuelan libremente en nuestro laboratorio ATOM ".

Si hay ventajas en la trayectoria ondulada que utilizan las mariposas, ¿Por qué no lo usan las abejas o las moscas?

"Este estudio muestra que los movimientos coordinados del ala y el cuerpo que siguen una trayectoria irregular requieren una potencia menor para un aleteo en la escala de la monarca, ", dice." Para los insectos más pequeños, este beneficio energético reduce, que es probablemente la razón por la que vuelan en una trayectoria recta ".

Si las mariposas utilizan un patrón de vuelo biológicamente predeterminado o simplemente ondulaciones aleatorias es una de las muchas preguntas para futuras investigaciones. Sridhar también está investigando cómo las mariposas seleccionan las altitudes de vuelo.

"Se sabe que las mariposas monarcas vuelan a diferentes alturas desde el nivel del suelo a lo largo de su ruta de migración, que nos parece muy interesante, ", dice." No sabemos por qué eligen volar más alto en lugar de hacerlo al nivel del suelo ".

A mayores altitudes, la densidad reducida del aire puede beneficiar al vuelo de la monarca, los científicos teorizan.

"Entonces, para probar esto, hemos realizado experimentos con mariposas monarca dentro de la gran cámara de vacío en el Centro de Investigación de Propulsión de la UAH, donde registramos los vuelos a menor densidad de aire hasta 4, 000 metros sobre el nivel del mar, "Esto nos ayuda a observar cómo cambian los movimientos de sus alas y cuerpo a medida que disminuye la densidad del aire", dice Sridhar.

Adicionalmente, Los investigadores están utilizando simulaciones por computadora para investigar cómo el aire de baja densidad afecta la flexibilidad de las alas de la monarca.