El majestuoso albatros ( Diomedidae ) es uno de los voladores más eficientes del reino animal. El ave puede viajar sin esfuerzo hasta 500 millas en un solo día con solo batir ocasionalmente sus formidables alas. Sabemos desde hace algún tiempo que este patrón de vuelo óptimo se basa en atrapar y manejar las corrientes de viento. Ahora, los ingenieros del MIT han encontrado el patrón de vuelo exacto que toma el albatros para recolectar la mayor cantidad de energía. Los hallazgos podrían mejorar el diseño de planeadores y drones propulsados ​​por viento, pero también ayudarían a los conservacionistas a determinar cómo podrían cambiar los patrones de vuelo de los albatros a medida que los propios patrones de viento cambian en respuesta al cambio climático.

Crédito: Pixabay.

Extiende esas alas

El físico inglés Lord Rayleigh fue uno de los primeros en estudiar el vuelo de los albatros. Utilizando las matemáticas, predijo que los albatros vuelan en una serie de semicírculos arqueados de 180 grados mientras el ave se eleva a través de capas alternas de viento alto y bajo. Este patrón de vuelo, conocido como vuelo dinámico, permite a los gigantes emplumados permanecer en el aire durante horas sobre la superficie de los océanos con un aleteo mínimo.

Hoy en día, el vuelo dinámico se entiende bastante bien con muchos temerarios que pilotan planeadores que aprovechan en gran medida las diferencias en la velocidad de dos masas de aire adyacentes. Si el terreno y el clima son adecuados, estos planeadores pueden alcanzar fácilmente velocidades vertiginosas. Los aviones pueden volar a cientos de mph en bucles durante un período prolongado de tiempo y no necesitan motor para hacerlo, por increíble que parezca. Por ejemplo, el récord actual lo estableció Spencer Lisenby en 2017, quien voló su nuevo planeador Kinetic Transonic 130 a 519 mph. Puedes ver a Lisenby volar su planeador en el siguiente video. ¡Parpadea y lo extrañarás!

Inspirados por los concursos de vuelo dinámico, los ingenieros del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT querían investigar más de cerca qué hace que estos planeadores sean tan asombrosos. Encontraron el modelo perfecto en el albatros.

El albatros errante vive en el Océano Austral, que no es muy conocido. Es muy difícil llegar allí, y hay mucho viento y olas, dijo Gabriel Bousquet, estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, en un comunicado de prensa. La región es extremadamente importante para comprender la dinámica del cambio climático. Con robots que pueden usar el viento, podría monitorear en tiempo real y obtener datos mucho más densos de lo que podemos ahora. Este es un importante paso adelante para escribir algoritmos para que los robots puedan usar el viento.

El equipo comenzó con un modelo tridimensional del albatros y el campo de viento donde complicadas ecuaciones de movimiento describen las interacciones dentro y entre múltiples capas de la atmósfera. Para resolver ecuaciones tan complicadas, los investigadores tuvieron que emplear un método llamado optimización numérica, mediante el cual variaron el grosor de la capa de corte y buscaron encontrar la velocidad mínima del viento requerida para sostener el vuelo. La capa de corte es la brecha entre una capa de viento lento y una capa de viento rápido.

La pregunta que analizamos fue, dado que el viento es rápido por encima del agua y lento cerca de la superficie, ¿cómo podemos aprovechar estas faltas de homogeneidad y explotar la energía del viento para volar de manera eficiente? dice Bouquet.

Dado que el albatros siempre parece volar entre 5 y 20 metros sobre la superficie del agua, el modelo se simplificó enormemente. De esta manera, el MIT descubrió que a medida que la capa de corte se adelgaza, el ave puede volar de manera más eficiente si se sumerge y se eleva entre las capas de viento en arcos poco profundos. El supuesto patrón de vuelo del semicírculo de Rayleigh para el albatros es, por lo tanto, incorrecto.

Una forma de verlo es que, en cada cruce entre las capas lenta y rápida, se gana algo de velocidad, explica Bousquet. La mayor velocidad aerodinámica en un solo cruce se gana si se cruza directamente a favor o en contra del viento, eso es lo que sucede con medias vueltas. Sin embargo, también hay una pérdida de velocidad aerodinámica debido a la resistencia al girar. Entonces resulta que la métrica importante es la relación entre ganancias y pérdidas. Por lo tanto, es más eficiente ganar un poco, a menudo, como en el caso de giros pequeños, en lugar de mucho, pero rara vez, como en los giros a medias.

Esencialmente, el albatros es un velero volador, que actúa secuencialmente como vela y quilla, y es más eficiente cuando permanece con viento cruzado en todo momento, concluyeron los autores.

En última instancia, la trayectoria de vuelo con mayor eficiencia energética para el vuelo dinámico es tomar arcos extremadamente poco profundos, lo más cerca posible de cero grados en amplitud, informan los autores en el Journal of The Royal Society Interface. Las predicciones de los modelos del MIT se compararon con datos del mundo real recopilados de dispositivos GPS etiquetados en albatros. El GPS reveló que las aves giran en un ángulo promedio de 60 grados, que es mucho menos profundo que el semicírculo de 180 grados que la mayoría de los científicos asumieron que seguían las aves.

Si queremos diseñar robots que usen el viento, ahora sabemos que avanzar a lo largo de arcos poco profundos favorece tanto la velocidad de desplazamiento como la extracción eficiente de energía, dijo Jean-Jacques Slotine, coautor del nuevo artículo y profesor de ingeniería mecánica y ciencias de la información. y del cerebro y las ciencias cognitivas

En otras noticias sobre vuelos de albatros, un artículo que también se publicó esta semana reveló otro as en el plumaje de las aves. Los científicos siempre han asumido que el color blanco de los albatros en la parte inferior y negro en la parte superior sirve como camuflaje. Sin embargo, un equipo de la Universidad Estatal de Nuevo México descubrió que la superficie superior negra de las alas absorbe la luz solar de manera muy eficiente, lo que hace que sea alrededor de 10 ° C más cálida que el cuerpo blanco. La diferencia de temperatura reduce la presión del aire alrededor de la superficie superior del albatros, lo que reduce la resistencia y genera sustentación adicional. Esta característica podría incluirse en los próximos diseños de drones biomiméticos.

ANUNCIO PUBLICITARIO "