Las aves han inspirado el vuelo humano durante siglos, pero Shabnam Raayai cree que también pueden ofrecer lecciones para reducir el consumo de energía.
Raayai, miembro del Instituto Rowland de Harvard, trabaja para extraer física con aplicaciones prácticas de los fenómenos naturales, ya sean pájaros voladores o escamas de tiburón. Siguiendo el ejemplo de las formaciones de vuelo en forma de V de las aves migratorias, el equipo de Raayai ha revelado nuevos conocimientos sobre cómo el vuelo de vehículos aéreos no tripulados, como los drones, podría diseñarse para permitir una vida más larga de las fuentes de energía.
Los resultados también serían aplicables a todo tipo de movimiento colectivo a través del medio, desde vehículos que se mueven bajo el agua hasta cómo se podrían organizar parches de vegetación para controlar inundaciones. El artículo de investigación, titulado "Impacto de la formación de V bioinspirada en el flujo pasado por la disposición de objetos que no se levantan", se publica en la revista Physics of Fluids. .
La investigación sobre la optimización de los vuelos en grupo no es nueva, pero la mayoría de estos experimentos se han centrado en aviones de ala fija, en los que la sustentación mecánica se genera por la forma de las alas, dicen los investigadores. Se sabe menos sobre las partes "no elevadoras" de los vehículos, como las carrocerías de pequeñas embarcaciones de hélice, que están adquiriendo cada vez más importancia en entornos industriales y militares. "¿Qué pasa si nuestros dispositivos o vehículos no tienen alas fijas?" Dijo Rayai. "¿Cómo cambia la física del flujo?"
Responder a esas preguntas requirió una configuración experimental creativa que tuviera en cuenta tanto la precisión de las mediciones como la rentabilidad. Utilizando un túnel de agua y cilindros para representar vehículos en vuelo, el equipo empleó una técnica llamada velocimetría de imagen de partículas para medir el campo de flujo alrededor de cada objeto. Un solo láser y cuatro láminas de luz que se cruzaban crearon un espacio completamente iluminado, en el que los investigadores utilizaron imágenes de alta velocidad para capturar cómo las diferentes disposiciones afectaban la resistencia de cada objeto. Dado que el agua y el aire son fluidos newtonianos, los cálculos simples permiten la extrapolación a una variedad de aplicaciones.
Entre sus observaciones:en una configuración, encontraron una reducción de resistencia del 45 % para los miembros de la segunda fila detrás del líder, y algún beneficio adicional de reducción de resistencia para el líder. Según los datos, esos beneficios disminuyeron a medida que el ángulo de la V se hizo más amplio.
Raayai enfatizó que las mediciones son un conjunto básico de principios a partir de los cuales diferentes investigadores o industrias podrían aplicar sus propios parámetros para la optimización. "La optimización tiene múltiples caminos, dependiendo de lo que se quiera hacer", dijo. "¿Quieres que tus siete miembros usen la misma cantidad de batería entre el punto A y el punto B? Si ese es el caso, tendrás que encontrar una manera de cambiar las posiciones de los miembros durante el vuelo".
En última instancia, Raayai quiere ayudar a abrir un camino hacia la descarbonización ofreciendo nuevas formas de reducir el consumo de energía y avanzar hacia la electrificación. Y la naturaleza tiene una manera de empujarla.
"Muchos animales eligen maniobrar en grupos, y eso es beneficioso para ellos:los que caminan, los que nadan o vuelan", dijo.
Más información: Prasoon Suchandra et al, Impacto de la formación de V bioinspirada en la disposición del flujo de objetos que no se elevan, Física de los fluidos (2024). DOI:10.1063/5.0186287
Información de la revista: Física de los fluidos
Proporcionado por la Universidad de Harvard
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