Una investigación reciente de Andres J. Goza en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign encontró relaciones entre las frecuencias y la dinámica pasiva en juego cuando los vehículos se mueven en el aire o en el agua hacia una mejor comprensión de cómo usar estas fuerzas para mejorar el rendimiento. Entender esta interacción fluido-estructura a un nivel muy básico, podría ayudar a informar nuevos diseños de aviones y submarinos con un tipo de locomoción muy diferente.

Desde las vibraciones del espejo retrovisor justo cuando su automóvil alcanza exactamente 70 millas por hora hasta un edificio que se derrumba cuando, en un terremoto, comienza a vibrar a una frecuencia específica, hay energía sin explotar que podría aprovecharse para la propulsión. En una investigación reciente, Andrés J. Goza, encontró relaciones entre las frecuencias y la dinámica pasiva en juego cuando los vehículos se mueven en el aire o en el agua hacia una mejor comprensión de cómo usar estas fuerzas para mejorar el rendimiento.

Según Goza, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, su trabajo es un esfuerzo por buscar nuevas estrategias de propulsión bioinspiradas.

"Los peces nadan de manera muy eficiente y las aves pueden volar de manera muy eficiente, Entonces, ¿cómo podemos usar esas observaciones para informar cambios de paradigma reales en las estrategias de locomoción que diseñamos? ", dijo." Por ejemplo, el ala de un pájaro y la cola de un pez son flexibles y cuando estos animales vuelan o nadan, el aire y el agua a su alrededor inducen un movimiento pasivo.

"Otro ejemplo es cuando el aire pasa junto a una bandera, haciéndolo aletear, afecta el movimiento del aire a su alrededor, "Dijo Goza." Si podemos entender esta interacción fluido-estructura o acoplamiento fluido-estructura a un nivel muy básico, ¿Podríamos usarlo para diseñar aviones y submarinos con un tipo de locomoción muy diferente? "

Goza dijo que la velocidad del flujo de aire o agua alrededor del vehículo y la densidad de los materiales con los que están hechos juegan un papel importante. tanto en la resonancia como en el movimiento inducido pasivamente.

"Los científicos han entendido, fuera de este contexto de interacción fluido-estructura, que hay una respuesta profunda cuando excitas una estructura o sistema en su frecuencia de resonancia, ", Dijo Goza." Pero, ¿qué papel juegan estas dinámicas pasivas, y podemos ajustar las propiedades estructurales para que la frecuencia de resonancia de su sistema esté ligada de alguna manera de manera significativa al flujo, es decir, a la moción que está prescribiendo? "

Un punto conflictivo en esta investigación fue que la definición estándar de frecuencia de resonancia asumía que la estructura estaba en el vacío. "Pero no lo es; está en un fluido y el fluido afecta la frecuencia de resonancia, "Dijo Goza.

Como consecuencia, El primer paso fue definir una noción de resonancia que incorpore el efecto del fluido.

"Una de las grandes contribuciones de esta investigación fue definir sin ambigüedades esta frecuencia de resonancia, y luego confirmando que en una amplia gama de parámetros diferentes vemos beneficios de rendimiento cerca de esta frecuencia resonante, ", dijo." A saber, si la estructura se agita o se mueve a una cierta frecuencia dentro de este flujo, conduce a una mejora en el empuje ".

Goza dijo que los cálculos de amplitud de levantamiento más grandes reflejan más la natación de los peces. Los resultados indicaron que a estas amplitudes mayores, tanto los mecanismos resonantes como los no resonantes jugaron un papel.

"La resonancia se define en términos de ondulaciones superpequeñas, pero entendemos que los peces en realidad nadan a grandes amplitudes, "Dijo Goza." Cerramos la brecha entre definir lo que significa resonancia en este ajuste de pequeña amplitud cuando hay un fluido presente, pero también aceptando el hecho de que los peces experimentan emociones mucho mayores. Establecimos conexiones con los resultados en el caso de pequeña amplitud, encontrando que los beneficios de rendimiento persisten cerca de la resonancia incluso en grandes amplitudes que son realmente relevantes para la propulsión biológica ".

Dependiendo del régimen, Goza dijo, el empuje máximo está cerca de esta frecuencia de resonancia asociada con una pequeña amplitud.

"La clave es, a medida que avanza hacia estas grandes amplitudes, la resonancia sigue desempeñando un papel predominante. Descubrimos que la noción de resonancia de pequeña amplitud lineal era apropiada para predecir y comprender estos picos y empujes en la mayoría de los casos.

"Si este movimiento pasivo puede ser útil en la locomoción, puede reducir la cantidad de energía puesta en el sistema, ", Dijo Goza." Podemos aprovechar estas dinámicas pasivas y dejar que ellos hagan la propulsión por nosotros ".

Goza dijo que una de las próximas fases de esta investigación será observar los materiales activos modernos que se pueden sintonizar para tener la frecuencia de resonancia adecuada para inducir una dinámica pasiva con la salida deseada.