Diseños inspirados en la piel de tiburón mejoran el rendimiento aerodinámico
Los tiburones son algunos de los más hábiles nadadores de la naturaleza. Ahora, investigadores estadounidenses han revelado uno de los secretos que permiten al marrajo dientuso nadar más rápido que cualquier otro tiburón de la Tierra. Todo está en las escamas, según un estudio publicado en el Journal of the Royal Society Interface.
Los tiburones marrajos dientuso (Isurus oxyrinchus) no solo son hermosos, sino que también se cree que son los tiburones que nadan más rápido en el océano. Se deslizan por el agua a la velocidad del rayo, y en ráfagas cortas pueden nadar hasta a 70 kilómetros por hora. Además, estos tiburones son famosos por dar espectaculares saltos fuera del agua de hasta seis metros.
Esta extraordinaria destreza puede explicarse por la alta cola del tiburón que utiliza para producir un empuje máximo, impulsándolo hacia adelante en ráfagas extremas de velocidad. Su cuerpo aerodinámico también está construido para una velocidad óptima bajo el agua, con una aleta caudal en forma de media luna y un hocico largo y cónico.
Pero eso no es todo, como descubrieron recientemente los investigadores de la Universidad de Harvard y la Universidad de Carolina del Sur. El equipo usó escaneo de micro CT para obtener imágenes incluso de las más pequeñas características en la superficie del tiburón. Esto les permitió modelar en tres dimensiones los dentículos (escamas) del tiburón.
"La piel de los tiburones está cubierta por miles y miles de pequeñas escamas, o dentículos, que varían en forma y tamaño alrededor del cuerpo", dijo George Lauder, un profesor en Harvard y coautor de la investigación. "Sabemos mucho sobre la estructura de estos dentículos, que son muy similares a los dientes humanos, pero la función ha sido debatida".
Las escamas similares a dientes del tiburón mako se pensaba que tenían propiedades reductoras de la fricción. Sin embargo, este nuevo estudio sugiere que, de hecho, son más adecuadas para la creación de sustentación.
Para medir el efecto de elevación, el equipo 3-D imprimió los dentículos con crestas similares a tridentes en la superficie de un perfil aerodinámico: una sección transversal aerodinámica curva. En general, se probaron más de 20 configuraciones diferentes del tamaño de los dientes y las posiciones de las hileras en superficies aerodinámicas dentro de un tanque de flujo de agua. Los experimentos revelaron que las estructuras con forma de dentículos en 3-D mejoraban la elevación, actuando como generadores de vórtice.
Los generadores de vórtice son comunes en la mayoría de los automóviles y aeronaves, pero estos generalmente tienen un diseño tipo cuchilla. El diseño inspirado en el tiburón mako, sin embargo, demostró ser muy superior.
"Estos generadores de vórtices inspirados en tiburones logran mejoras de la relación de elevación a arrastre de hasta un 323 por ciento en comparación con un perfil aerodinámico sin generadores de vórtice", dijo August Domel, un estudiante Ph.D. en Harvard y co-primer autor del artículo. "Con estos diseños de prueba de concepto, hemos demostrado que estos generadores de torbellinos bioinspirados tienen el potencial de superar los diseños tradicionales".
Los investigadores imaginan ver el diseño implementado en la próxima generación de aerogeneradores y aviones. Desde escamas de tiburón hasta generadores de vórtices de alta potencia: ¡eso es algo!
Artículo científico: Shark skin-inspired designs that improve aerodynamic performance
