Matemáticos determinan la forma ideal del ala para el vuelo

Un equipo de matemáticos ha determinado la forma de ala ideal para un vuelo rápido, un descubrimiento que promete mejores métodos para recolectar energía del agua y mejorar la velocidad del aire.

El trabajo, que aparece en la revista ‘Proceedings of the 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 al generar una población de alas de diferentes formas, hacer que compitan para lograr el objetivo deseado, en este caso, la velocidad, y luego tener las mejores ‘razas’ de alas para crear formas relacionadas que lo hagan incluso mejor”, dice el autor principal del artículo, Leif Ristroph, profesor asistente en el Instituto Courant de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Nueva York, Estados Unidos.

Al hacer estas determinaciones, los científicos realizaron una serie de experimentos en el Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York. Aquí, crearon alas impresas en 3D que se baten mecánicamente y compiten entre sí, con los ganadores “reproduciéndose” mediante un algoritmo evolutivo o genético para crear voladores cada vez más rápidos. La American Physics Society ha publicado un vídeo con las pruebas en Youtube: https://phys.org/news/2019-01-wing-mimicking-evolution-flight.html

Para imitar este proceso de reproducción, los investigadores comenzaron el experimento con 10 formas de alas diferentes de las cuales se midieron las velocidades de propulsión. Luego, el algoritmo seleccionó pares de las alas más rápidas (“padres”) y combinó sus atributos para crear “hijas” aún más rápidas que luego se imprimieron y probaron en 3D. 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 más rápida en forma de lágrima que manipula con mayor eficacia los flujos para generar empuje –explica Ristroph–. Además, debido a que exploramos una gran variedad de formas en nuestro estudio, también pudimos identificar exactamente qué aspectos de la forma fueron los más responsables por el fuerte desempeño de las alas más rápidas”.

Sus resultados mostraron que la forma más rápida del ala tiene un borde de arrastre muy fino, lo que ayuda a generar vórtices fuertes o flujos de remolinos durante el aleteo. El ala deja un rastro de estos remolinos cuando empuja el fluido para avanzar, según las conclusiones de la investigación.

“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 la racionalización de la forma para minimizar el arrastre de 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”.

Fuente: EP

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