¿Es un 'milagro' que los abejorros vuelen?
Hace algunos años escuché o leí (ya no recuerdo exactamente) que los abejorros no deberían ser capaces de volar porque sus cuerpos son demasiado grandes y pesados en comparación con sus pequeñas alas. La respuesta 'cómica' del por qué son capaces de hacerlo es que: "ellos no saben de aerodinámica, sólo lo hacen porque pueden" (—aquí es donde te ríes). Es cierto que hasta el momento, no se conoce a ciencia cierta cuál es el mecanismo natural de generación de la fuerza de sustentación que se produce en un ala fija, como la de los aviones o las aves durante el planeo, al menos, no oficialmente. Mucho menos se conoce cómo se produce dicha fuerza en un ala abatible (como las de la mayoría de los insectos, incluyendo a los nefastos mosquitos) y aún todavía menos si dicha ala es articulada (como las de las aves o murciélagos). Sin embargo, que seamos todavía incapaces de comprender algo no significa per se (perdón por utilizar palabras rimbombantes, no lo vuelvo a hacer) que esto sea un milagro o que haya algún tipo de conocimiento oculto, llámese 'magia', detrás de ello.
Fig.1 Por que el abejorro no debería volar. Fuente: https://i.pinimg.com/originals/9d/b8/94/9db8941ba986d8251cd2ca19fb0fb2eb.jpg
Actualmente, se llevan a cabo esfuerzos en las áreas de aerodinámica y de dinámica de fluidos computacional en algunas de las principales universidades [1] y centros de investigación del mundo, con la finalidad de dar respuesta a la inquietante pregunta de cómo las alas móviles generan suficiente sustentación, sin embargo, desde mi particular punto de vista, primero se tendría que dar respuesta a la cuestión principal: ¿cómo se genera la sustentación en un ala fija? La lógica indica que en un ala abatible dicho mecanismo físico será más complejo, pues el flujo además es impulsado hacia abajo (como lo hacen las palas del rotor de un helicóptero), independientemente de que el insecto o ave se desplace o no; de hecho, en una condición de hover ('flotando' como los colibríes cuando chupan la flor; ver sig. animación), que en teoría sería la más sencilla de comprender en el caso de las alas abatibles, el ángulo de ataque (de inclinación) del ala con respecto al viento 'que ve' ésta, varía dependiendo de su posición, es decir, si ésta se encuentra en la parte más baja o más alta durante el aleteo. ¡Ahora imaginen la complejidad que añade al flujo que el ala cuente con articulaciones!
Animación: Colibrí durante vuelo estacionario. Fuente: https://th.bing.com...
Aunado a lo anterior, algunos investigadores en el campo de la aerodinámica han propuesto la hipotética existencia de un vórtice o remolino de borde de ataque o leading edge vortex (LEV) el cual se mantiene adherido (no se desprende del ala a diferencia de los vórtices de punta de ala y de borde de salida) y que también estaría contribuyendo a la generación de la sustentación, a pesar de la creencia casi generalizada de que los bordes externos afilados no proveen sustentación, lo cual sería cierto en un ala completamente desplomada (con flujo separado y turbulento detrás de ella), condición a evitar para maximizar la sustentación. Computacionalmente, la existencia de dicho vórtice se puede comprobar mediante la extensión [2] de uno de los métodos numéricos basado en vorticidad más sencillos y primigenios (ups, lo hice de nuevo...) que han sido desarrollados, el Vortex Lattice Method (VLM), y que aún hoy en día, en el tiempo de los códigos de dinámica de fluidos súper-complejos y de las supercomputadoras para aproximarlos, su versión original (pseudo-viscosa) sigue siendo utilizada, al menos, durante la fase de diseño preliminar de aeronaves, principalmente debido a su bajo coste computacional y resultados más que aceptables.
Pero, y a todo esto ¿cuál será el objetivo de desarrollar aparatos y robots que emulen el vuelo de los insectos y de las aves? y ¿cuál será el beneficio 'para la humanidad' que se puede obtener de tal tecnología? ¿Acaso no nos es suficiente con los drones actuales? Y para el final dejo una pregunta un tanto perturbadora: ¿podrían los abejorros y abejas extinguirse antes de tiempo y es por eso que se planea que sus sustitutos robots hagan el trabajo? Suficiente pantalla por hoy.
"Que algo vaya en contra de las probabilidades, no significa que tenga que ser imposible: alguien puede ganar la lotería mientras que a otra persona le puede caer un rayo; incluso las dos cosas le podrían suceder a la misma persona, pero siempre siguiendo una lógica, un orden establecido." CP
[2] Artículo de revista científica (en inglés): https://rdcu.be/di5h9
Oye Jhesús, leí el artículo que pusiste y me genero una duda, y como tú eres el experto en la materia necesito que me saques de mi duda, tú sabes que yo no soy el más entendido en ninguna de estas cosas, pero viendo la animación del colibrí, y después de haber leído el resto de entradas de tu blog, se me formó esta pregunta en mi cabecita.
ResponderBorrarSegún lo que tú postulaste el otro día que me explicabas, la sustentación se genera en todo el cuerpo del avión no solo en las alas y no solo en los bordes, si era así?, Con eso en mente digamos, el video del vuelo del colibrí no parece estar destinado a generar sustentación sino más bien a distribuirla, recordé que cuando yo era niño teníamos un juego haciendo avioncitos de papel, lo lanzabas al aire y alguien iba empujándolo con sus manos detrás sin tocarlo, de alguna manera la cola del colibrí parece estar haciendo algo parecido, probablemente se genera la sustentación pero tal vez el vuelo del colibrí este diseñado para distribuirla donde la necesita no?, Dime es eso posible?, y de ser así, cómo haría un colibrí para calcular todas esas variables sin una supercomputadora? después de todo tiene cerebro de pájaro
Hola Jorge, gracias por tomarte el tiempo de leer el artículo. Efectivamente, según los resultados obtenidos por computadora, la sustentación (y el arrastre) se generaría en todo el cuerpo (dependiendo su posición respecto al viento) no sólo desde sus bordes externos, de hecho hay fuselajes de aeronaves precisamente diseñados para contribuir a la sustentación, como en las alas voladoras.
BorrarEn todo caso, la cola del colibrí funciona como un timón para dar dirección y mantener su estabilidad en vuelo, y probablemente, también para redirigir el flujo y ganar más eficiencia. Necesariamente las alas, debido a su aleteo, deben generar sustentación, la cual se distribuye a lo largo de estas, dependiendo su forma, torcimiento, y en este caso, ¡incluso la distribución y forma del plumaje! Ese experimento que describes tiene que ver con el "efecto suelo" que es básicamente la formación de una burbuja o colchón de aire que impide, que, en este caso, el avión de papel caiga en las manos.
No hay que olvidar que la naturaleza es increíble, y es por ello que nosotros intentamos copiar sus formas y mecanismos. Yo creo que tiene que ver con millones de años de adaptación y/o evolución, entonces comparado con eso, nosotros con nuestra tecnología estamos todavía lejos de poder entender por completo cómo funciona el vuelo de un ave o insecto, y hasta hoy, sólo somos capaces de plantear hipótesis.