Para construir máquinas más aerodinámicas, Los investigadores se inspiran en una fuente poco probable:el océano.

Un equipo de biólogos e ingenieros evolutivos de la Universidad de Harvard, en colaboración con colegas de la Universidad de Carolina del Sur, han arrojado luz sobre un misterio de décadas sobre la piel de tiburón y, en el proceso, demostró un nuevo, estructura bioinspirada que podría mejorar el rendimiento aerodinámico de los aviones, turbinas de viento, drones y coches.

La investigación se publica en el Revista de la interfaz de la Royal Society .

Los tiburones y los aviones no son tan diferentes en realidad. Ambos están diseñados para moverse de manera eficiente a través de fluidos (agua y aire), usando la forma de sus cuerpos para generar elevación y disminuir la resistencia. La diferencia es, los tiburones tienen una ventaja de unos 400 millones de años en el proceso de diseño.

"La piel de los tiburones está cubierta por miles y miles de pequeñas escamas, o dentículos, que varían en forma y tamaño alrededor del cuerpo, "dijo George Lauder, el Profesor Henry Bryant Bigelow de Ictiología y Profesor de Biología en el Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva, y coautor de la investigación. "Sabemos mucho sobre la estructura de estos dentículos, que son muy similares a los dientes humanos, pero su función ha sido debatida".

La mayor parte de la investigación se ha centrado en las propiedades de reducción de la resistencia de los dentículos, pero Lauder y su equipo se preguntaron si había más en la historia.

"Preguntamos, ¿Y si en lugar de reducir principalmente la resistencia, estas formas particulares eran en realidad más adecuadas para aumentar la sustentación, "dijo Mehdi Saadat, becario postdoctoral en Harvard y co-primer autor del estudio. Saadat tiene un cargo conjunto en Ingeniería Mecánica en la Universidad de Carolina del Sur.

Para ayudar a probar esa hipótesis, los investigadores colaboraron con un equipo de ingenieros de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS). Por inspiración, se volvieron hacia el marrajo dientuso, el tiburón más rápido del mundo. Los dentículos del mako tienen tres crestas elevadas, como un tridente. Usando escaneo micro-CT, el equipo tomó imágenes y modeló los dentículos en tres dimensiones. Próximo, imprimieron en 3D las formas en la superficie de un ala con una sección transversal aerodinámica curva, conocido como un perfil aerodinámico.

"Los perfiles aerodinámicos son un componente principal de todos los dispositivos aéreos, "dijo August Domel, un doctorado estudiante de Harvard y coautor del artículo. "Queríamos probar estas estructuras en superficies aerodinámicas como una forma de medir su efecto sobre la sustentación y la resistencia aerodinámica para aplicaciones en el diseño de varios dispositivos aéreos como drones, aviones, y turbinas eólicas ".

Los investigadores probaron 20 configuraciones diferentes de tamaños de dentículos, filas y posiciones de las filas en las aspas aerodinámicas dentro de un tanque de flujo de agua. Descubrieron que además de reducir la resistencia, las estructuras en forma de dentícula aumentaron significativamente la elevación, actuando como de alta potencia, generadores de vórtice de bajo perfil.

Incluso si no sabe qué es un generador de vórtices, has visto uno en acción. Los coches y aviones están equipados con estos pequeños, dispositivos pasivos diseñados para alterar el flujo de aire sobre la superficie de un objeto en movimiento para hacerlo más aerodinámico. La mayoría de los generadores de vórtices en el campo hoy en día tienen un diseño en forma de cuchilla.

"Estos generadores de vórtices inspirados en los tiburones logran mejoras en la relación de elevación a arrastre de hasta un 323 por ciento en comparación con un perfil aerodinámico sin generadores de vórtice, ", dijo Domel." Con estos diseños de prueba de concepto, hemos demostrado que estos generadores de vórtices bioinspirados tienen el potencial de superar a los diseños tradicionales ".

"Puedes imaginar que estos generadores de vórtices se utilicen en turbinas eólicas o drones para aumentar la eficiencia de las palas, "dijo Katia Bertoldi, William y Ami Kuan Danoff Profesor de Mecánica Aplicada en SEAS y coautor del estudio. "Los resultados abren nuevas vías para mejorar, diseños aerodinámicos bioinspirados ".

"Esta investigación no solo describe una forma novedosa para los generadores de vórtices, sino que también proporciona información sobre el papel de los dentículos de tiburón complejos y potencialmente multifuncionales, "dijo Lauder.