Robots bioinspirados similares a peces incorporan diseños de múltiples aletas para lograr mayor velocidad y eficiencia
Imitar a los animales es una estrategia probada en el diseño de robots. Tomemos, por ejemplo, los estudios fundamentales de Haibo Dong sobre cómo impulsan las aletas a los peces al agitar el agua en un vórtice.
La cola, o aleta caudal, es bien conocida por producir empuje de esta manera. Lo que nunca se había demostrado, antes de una reciente investigación en el laboratorio del profesor Dong en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Virginia (UVA), era cómo amplifican el efecto los vórtices de otras aletas.
El proyecto, una colaboración con investigadores de la Universidad de Harvard dirigido por Dong y el estudiante de doctorado en ingeniería mecánica y aeroespacial de la UVA Jiacheng Guo, apareció en la edición de julio-agosto de 2024 de American Scientist. El artículo exploró un artículo de Guo y sus colegas, que se publicó el año pasado en Physical Review Fluids.
Imagen: Un modelo computacional reconstruido a partir de un vídeo de alta velocidad y alta resolución de una trucha arcoíris nadando visualiza el movimiento del agua mediante una simulación de flujo. (Haibo Dong, Ingeniería de la UVA)
En Harvard, el equipo del profesor de ictiología George V. Lauder tomó vídeos de alta velocidad y alta resolución de truchas arcoíris nadando en tanques de agua que contenían partículas fluorescentes. Las partículas permiten visualizar los cuerpos de los peces y el movimiento del agua.
Luego, utilizando imágenes de múltiples ángulos de cámara, el equipo de UVA desarrolló modelos computacionales 3D y se centró en los vórtices creados por la aleta anal ubicada justo delante y debajo de la aleta caudal.
La Madre Naturaleza sabía exactamente cómo colocar esa aleta para un rendimiento óptimo. La turbulencia que fomenta interactúa con el vórtice de la aleta caudal para potenciar la propulsión del pez. Los modelos del equipo demostraron que mover la aleta anal o alterar su tamaño reducía la eficiencia de natación, algo muy importante para ahorrar energía cuando hay que nadar kilómetros río arriba para desovar.
Dong, miembro del centro de investigación interdisciplinario Link Lab de la UVA, cuya experiencia abarca dinámica de fluidos, biología y robótica, dijo que el artículo de American Scientist amplió el alcance de su investigación a los investigadores en estos campos. Su equipo está ayudando a arrojar luz sobre cuestiones de larga data, como por ejemplo, cómo funcionan las aletas de los distintos peces.
Imagen: El equipo de investigación se centra ahora en los comportamientos de los cardúmenes para arrojar más luz sobre cómo funcionan las aletas de los peces en situaciones de grupo. (Haibo Dong, Ingeniería de la UVA)
"Nuestros hallazgos nos acercan a reproducir las habilidades superiores de natación de los peces en nuestros diseños de ingeniería", afirmó Dong. "Estamos presenciando un número cada vez mayor de robots bioinspirados similares a peces que incorporan diseños de múltiples aletas para lograr mayor velocidad y eficiencia".
Basándose en esta investigación, el equipo se centra ahora en los comportamientos de los cardúmenes de peces.
"Hay un creciente interés en esta área, lo que lleva a nuevas e intrigantes preguntas sobre el papel de las aletas de los peces en escenarios grupales", dijo Dong.
Entre su equipo, el interés ha llevado a la producción de nuevos vídeos: más de las vívidas animaciones computacionales que su laboratorio utiliza para revelar los secretos ocultos de la naturaleza.
Artículo científico: Vortex dynamics and fin-fin interactions resulting in performance enhancement in fish-like propulsion, Physical Review Fluids (2023).
