Supercomputadoras revelan grandes y potentes vórtices creados por el movimiento de la cola del delfín
Los delfines son famosos por su velocidad y agilidad en el agua, pero ¿Qué es exactamente lo que les permite nadar con tanta eficacia? Los científicos llevan años haciéndose esta pregunta, con la esperanza de aprender a optimizar la propulsión en fluidos a partir de estas elegantes criaturas.
Cuando un delfín nada, mueve la cola hacia arriba y hacia abajo como si estuviera dando patadas. Este movimiento empuja el agua hacia atrás, generando una corriente turbulenta llena de remolinos de diferentes tamaños. Hasta ahora, ha sido difícil determinar cómo se combinan estos complejos movimientos para impulsar al delfín hacia adelante.
Las supercomputadoras revelan patrones ocultos en el agua
"Nuestro objetivo es comprender qué partes del flujo turbulento ayudan a los delfines a nadar tan rápido", afirma el autor principal, Yutaro Motoori. "Mediante una supercomputadora, podemos simular y descomponer el flujo para determinar qué componentes desempeñan un papel fundamental".
Vídeo: Jerarquía de vórtices creados por un delfín nadando. Crédito: Yutaro Motoori
En un artículo científico investigadores de la Universidad de Osaka han descubierto una parte clave de la respuesta: grandes y potentes vórtices creados por el movimiento de la cola del delfín. El equipo de investigación utilizó simulaciones numéricas a gran escala para visualizar la dinámica de estos vórtices en una amplia gama de condiciones, cuantificando su efecto en la propulsión.
Las simulaciones numéricas revelaron que la cola oscilante del delfín produce fuertes anillos de vórtice a gran escala que empujan el agua hacia atrás y generan empuje. Luego, estos grandes vórtices crean otros más pequeños en un proceso conocido como cascada de energía. Si bien estos vórtices más pequeños son numerosos, contribuyen poco al movimiento hacia adelante del delfín.
"Nuestros resultados demuestran que la jerarquía de vórtices en la turbulencia es crucial para comprender la natación de los delfines", explica el autor principal, Susumu Goto. "Los vórtices más grandes son responsables de la mayor parte de la propulsión, mientras que los más pequeños son principalmente subproductos del flujo turbulento".
Imagen derecha: a) Vórtices de menor escala identificados mediante isosuperficies poligonales alrededor de un delfín nadando. b) Jerarquía de vórtices coherentes identificados mediante isosuperficies en las tres escalas: (amarillo), (azul) y (gris). Crédito: European Journal of Mechanics - B/Fluids - doi.org/10.1016/j.euromechflu.2025.204452
De la física de los delfines a las nuevas tecnologías
El método empleado por el equipo les permitió observar el movimiento de los fluidos con un nivel de detalle que, de otro modo, sería prácticamente imposible de recoger con experimentos en el mundo real. Además, gracias al método computacional flexible utilizado, fue sencillo realizar múltiples ensayos en diferentes condiciones. "Hemos comprobado que nuestros resultados no varían en un amplio rango de velocidades de natación", afirma Motoori.
En el futuro, esta comprensión de la mecánica de la propulsión podría guiar el diseño de robots submarinos más rápidos y eficientes energéticamente, así como el desarrollo de tecnologías para el control de la turbulencia. Pero por ahora, esta investigación demuestra que la física es una excelente herramienta para generar grandes avances.
Los hallazgos se han publicado en Physical Review Fluids: Swimming mechanism of a dolphin on the basis of the hierarchy of vortices y European Journal of Mechanics - B/Fluids: Visualising coherent vortices generated by a swimming dolphin
