Ahora, una nueva investigación revela otra hazaña de ingeniería de la estructura de este antiguo animal:su capacidad para filtrar el alimento utilizando sólo las débiles corrientes ambientales de las profundidades del océano, sin necesidad de bombeo.

Este descubrimiento del control de flujo natural de "energía cero" realizado por un equipo de investigación internacional codirigido por la Universidad de Roma Tor Vergata y la Escuela de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York podría ayudar a los ingenieros a diseñar reactores químicos, sistemas de purificación de aire, intercambiadores de calor y sistemas hidráulicos más eficientes. y superficies aerodinámicas.

En un estudio publicado en Physical Review Letters , el equipo descubrió a través de simulaciones por computadora de muy alta resolución cómo la estructura esquelética de la esponja cesta de flores de Venus (Euplectella aspergillum) desvía corrientes marinas profundas muy lentas para fluir hacia arriba hacia la cavidad central de su cuerpo, de modo que pueda alimentarse de plancton y otros detritos marinos. se filtra del agua.

La esponja lo logra a través de su superficie exterior estriada y en espiral que funciona como una escalera de caracol. Esto le permite extraer agua pasivamente hacia arriba a través de su marco poroso en forma de celosía, todo sin las demandas de energía del bombeo.

"Nuestra investigación resuelve un debate que ha surgido en los últimos años:la esponja cesta de flores de Venus puede ser capaz de absorber nutrientes de forma pasiva, sin ningún mecanismo de bombeo activo", dijo Maurizio Porfiri, profesor del Instituto Tandon de la Universidad de Nueva York y director de su Centro de Ciencias Urbanas. + Progress (CUSP), quien codirigió el estudio y cosupervisó la investigación. "Es una adaptación increíble que permite que este alimentador de filtro prospere en corrientes normalmente inadecuadas para la alimentación en suspensión".

A velocidades de flujo más altas, la estructura reticular ayuda a reducir la resistencia al organismo. Pero es en la casi quietud de los fondos oceánicos profundos donde este sistema de ventilación natural es más notable y demuestra cuán bien la esponja se adapta a su duro entorno. El estudio encontró que la capacidad de la esponja para aspirar pasivamente alimentos sólo funciona a las velocidades de corriente muy lentas (sólo centímetros por segundo) de su hábitat.

"Desde una perspectiva de ingeniería, el sistema esquelético de la esponja muestra adaptaciones notables a su entorno, no sólo desde el punto de vista estructural, sino también en lo que respecta a su rendimiento fluidodinámico", dijo Giacomo Falcucci de la Universidad Tor Vergata de Roma y Harvard. University, el primer autor del artículo.

Junto con Porfiri, Falcucci codirigió el estudio, cosupervisó la investigación y diseñó las simulaciones por computadora. "La esponja ha llegado a una solución elegante para maximizar el suministro de nutrientes mientras funciona completamente a través de mecanismos pasivos".

Los investigadores utilizaron el potente superordenador Leonardo del CINECA, un centro de supercomputación de Italia, para crear una réplica 3D muy realista de la esponja, que contiene alrededor de 100 mil millones de puntos individuales que recrean la compleja estructura de crestas helicoidales de la esponja. Este "gemelo digital" permite una experimentación imposible con esponjas vivas, que no pueden sobrevivir fuera de su entorno de aguas profundas.

El equipo realizó simulaciones muy detalladas del flujo de agua alrededor y dentro del modelo informático del esqueleto de la esponja cesta de flores de Venus. Con la enorme potencia informática de Leonardo, que permite billones de cálculos por segundo, pudieron simular una amplia gama de velocidades y condiciones de flujo de agua.

Los investigadores dicen que los conocimientos de ingeniería biomimética que descubrieron podrían ayudar a guiar el diseño de reactores más eficientes al optimizar los patrones de flujo en el interior y minimizar la resistencia en el exterior. Superficies porosas y con crestas similares podrían mejorar los sistemas de filtración de aire y ventilación en rascacielos y otras estructuras. Las crestas helicoidales y asimétricas pueden incluso inspirar cascos o fuselajes de baja resistencia que se mantienen aerodinámicos y al mismo tiempo promueven los flujos de aire interiores.

El estudio se basa en la investigación anterior del equipo sobre la esponja cesta de flores de Venus publicada en Nature. en 2021, en el que reveló que había creado una primera simulación de la esponja de aguas profundas y cómo responde e influye en el flujo de agua cercana.