Los calamares y otros cefalópodos utilizan una forma de propulsión a chorro que no se comprende bien, especialmente cuando se trata de su hidrodinámica en condiciones de flujo turbulento. Descubrir sus secretos puede ayudar a crear nuevos diseños para vehículos y robots submarinos bioinspirados que necesitan operar en este entorno.

Investigadores en Escocia, los Estados Unidos., y China están explorando el mecanismo fundamental detrás de la propulsión de chorro pulsado de los calamares. En Física de fluidos , el grupo describe su estudio numérico de la propulsión a chorro de cefalópodos con flujo turbulento considerado por primera vez. Entre sus descubrimientos, encontraron que la producción de empuje y la eficiencia se subestiman dentro de laminar, o no turbulento, fluye.

El modelo para esta investigación es un nadador 2-D parecido a un calamar que tiene un cuerpo de manto flexible con una cámara de presión y una boquilla que sirve como entrada y salida de agua. Una fuerza externa que imita la constricción del músculo del calamar, se aplica sobre la superficie del manto flexible del modelo.

"Como resultado, el volumen interno del cuerpo disminuye y el agua dentro de la cámara se expulsa para formar un flujo de chorro, "dijo Yang Luo, uno de los autores y asistente de investigación en la Universidad de Strathclyde en Glasgow, Escocia. "El calamar es impulsado hacia adelante por el fuerte chorro en la dirección opuesta, luego, el manto se infla automáticamente como resultado de la energía elástica almacenada. Durante el inflado del manto, el agua se succiona en la cámara y se expulsa durante el próximo desinflado del manto ".

La propulsión a chorro puede ser más eficiente cuando se considera un flujo turbulento, según Luo. El grupo también descubrió la inestabilidad que rompe la simetría de los vórtices alrededor del chorro, que lanza chorros de agua, después de varios ciclos de chorro continuo.

"Esto puede ayudar a comprender mejor por qué los calamares jóvenes y adultos que operan dentro de flujos turbulentos utilizan la natación en ráfaga y costa con mayor frecuencia en comparación con las crías de calamar que operan dentro de flujos laminares". "dijo Luo.

Más allá de la propulsión a chorro, Los calamares juveniles y adultos también dependen de la oscilación de las aletas en la cabeza para nadar con bastante frecuencia. El grupo descubrió que este estilo de ráfaga y costa puede ayudar a los calamares a evitar la inestabilidad que rompe la simetría del vórtice de flujo circundante que podría causar el empuje y el deterioro de la eficiencia.

"Los hallazgos de nuestro trabajo sobre el mecanismo de inestabilidad que rompe la simetría proporcionan una guía para el diseño de vehículos y robots submarinos inspirados en los calamares". "dijo Luo." La propulsión a chorro continua puede no ser favorable, y se necesitan medidas específicas para mitigar el efecto de esta inestabilidad durante el diseño de vehículos submarinos o propulsores inspirados en la propulsión a chorro mediante el control activo de la deformación del cuerpo para cambiar la evolución del patrón de vórtices internos ".

¿Veremos pronto nuevos submarinos basados ​​en propulsión a chorro?

"Es difícil de determinar en este momento, "Dijo Luo." Pero como una forma de propulsión submarina relativamente menos estudiada, es ventajoso en términos de un mecanismo sencillo para un escape instantáneo efectivo y una alta maniobrabilidad. Esto hace que sea prometedor para integrarse con la propulsión típica del propulsor para lograr maniobrabilidad bajo demanda ".