Un equipo de matemáticos ha determinado la forma ideal del ala para un vuelo de aleteo rápido, un descubrimiento que ofrece la promesa de mejores métodos para recolectar energía del agua, así como para mejorar la velocidad del aire.

La obra, que aparece en la revista Actas de la Royal Society A , se basa en una técnica que imita la biología evolutiva para determinar qué estructura produce el mejor ritmo.

"Podemos simular la evolución biológica en el laboratorio generando una población de alas de diferentes formas, hacer que compitan para lograr algún objetivo deseado, en este caso, velocidad, y luego tener las mejores 'crías' de alas para crear formas relacionadas que funcionen aún mejor, "dice Leif Ristroph, profesor asistente en el Instituto Courant de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Nueva York y autor principal del artículo.

Al hacer estas determinaciones, los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos en el laboratorio de matemáticas aplicadas de la NYU. Aquí, crearon alas impresas en 3-D que se agitan mecánicamente y compiten entre sí, con los ganadores "reproduciendo" a través de un algoritmo evolutivo o genético para crear volantes cada vez más rápidos.

Para imitar este proceso de reproducción, los investigadores comenzaron el experimento con 10 formas de alas diferentes cuyas velocidades de propulsión se midieron. Luego, el algoritmo seleccionó pares de las alas más rápidas ("padres") y combinó sus atributos para crear "hijas" aún más rápidas que luego fueron impresas en 3D y probadas. Repitieron este proceso para crear 15 generaciones de alas, con cada generación produciendo descendencia más rápido que la anterior.

"Este proceso de 'supervivencia del más rápido' descubre automáticamente un ala en forma de lágrima más rápida que manipula con mayor eficacia los flujos para generar empuje, "explica Ristroph". Además, porque exploramos una gran variedad de formas en nuestro estudio, también pudimos identificar exactamente qué aspectos de la forma eran los más responsables del buen rendimiento de las alas más rápidas ".

Sus resultados mostraron que la forma de ala más rápida tiene un borde de fuga muy delgado, lo que ayuda a generar fuertes vórtices o corrientes arremolinadas durante el aleteo. El ala deja un rastro de estos remolinos a medida que empuja el fluido para propulsarse hacia adelante.

"Consideramos el trabajo como un estudio de caso y una prueba de concepto para una clase mucho más amplia de problemas de ingeniería complejos, especialmente aquellos que involucran objetos en flujos, como simplificar la forma para minimizar el arrastre en una estructura, ", observa Ristroph." Creemos que esto podría usarse, por ejemplo, para optimizar la forma de una estructura para recolectar la energía en ondas de agua ".