Para los aviones construidos por humanos, la turbulencia es un problema antiguo y complicado. Uno de los primeros intentos de vuelo humanos registrados, realizado por un monje del siglo XI llamado Eilmer, terminó cuando sus alas de madera y cuero, parecidas a las de un pájaro, no pudieron soportar lo que el cronista llama "la violencia del viento y los remolinos del aire". Mil años después, el mismo fenómeno continúa azotando a la industria aeroespacial, acumulando costos en combustible perdido, almuerzos perdidos, misiones perdidas e incluso vidas perdidas.

Curiosamente, sin embargo, los pájaros que inspiraron a Eilmer parecen afrontar bien las turbulencias. De hecho, algunas aves realmente lo explotan, utilizando la energía de las corrientes de aire inestables para mantenerse en el aire.

En una serie de charlas en la conferencia del mes pasado reunión anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física, un grupo internacional de oradores ofreció pistas sobre cómo las aves manejan las condiciones de vuelo que desafían a los aviones modernos, sin mencionar a los intrépidos monjes medievales. Entre los ponentes se encontraba Cipriano de Sepibus, estudiante de doctorado en la EPFL en Suiza que estudia el vuelo del pelícano. A menudo se ve a los pelícanos deslizándose justo por encima de la superficie del agua, y los investigadores han asumido durante mucho tiempo que deben estar aprovechando un fenómeno bien conocido llamado efecto suelo para reducir la energía que necesitan para mantenerse en el aire.

El problema con esta suposición, explicó Sepibus, es que cuando los pelícanos se acercan al agua, bajan las puntas de las alas (ver foto arriba). Este cambio obliga al ala a formar un arco pronunciado, dejando la mayor parte demasiado lejos para que se active el efecto suelo. Pero si los pelícanos no explotan el efecto suelo, ¿por qué se molestan en reposicionar las puntas de sus alas? "Debe ser por una razón", dijo Sepibus.

Para descubrir cuál es esa razón, Sepibus y sus colegas recurrieron a una herramienta probada de investigación en dinámica de fluidos: un túnel de viento. Después de probar varias formas de ala en el túnel, descubrieron que una forma sumergida (anédrica) proporciona la mayor sustentación cuando se monta sobre una placa fija que simula el suelo. Este resultado es sugerente, dijo Sepibus, pero también limitado porque la configuración no captura todas las interacciones posibles entre el ala y la superficie del agua. Él y su supervisor Flavio Noca Por lo tanto, están realizando experimentos de seguimiento que implican remolcar alas modelo sobre la superficie de un tanque de agua largo y estrecho. Sus observaciones preliminares indican que los diferentes tipos de alas deforman la superficie del agua de diferentes maneras, lo que sugiere que los pelícanos pueden estar explotando efectos más complicados.

Los halcones de cola roja manejan las turbulencias con facilidad...

El tanque de remolque de Sepibus no fue la única técnica experimental inventiva que se mostró en la sesión. Para estudiar cómo las palomas cambian el tono de su cola cuando aterrizan, Ariane Gayout y sus colegas de la Universidad de Groningen, Países Bajos, construyeron una cola "biohíbrida" con plumas de paloma reales y la metieron en un túnel de viento. Para estudiar cómo fluye el aire alrededor de las alas de los murciélagos en vuelo, Chintan Panigrahi y colegas de la Universidad Johns Hopkins, EE. UU., emplearon una técnica similar con un ala de murciélago real diseccionada (de un murciélago que murió por causas naturales, se apresuró a señalar).

Sin embargo, el máximo premio al realismo experimental fue para los investigadores que estudian las aves rapaces. En lugar de centrarse en pájaros modelo o piezas reales, Vrishank Raghav de la Universidad de Auburn convenció a un halcón de cola roja real llamado Petey para que volara sobre un banco de abanicos orientados hacia arriba. Este escenario es importante porque los drones con alas batientes se enfrentan muy mal a este tipo de turbulencias; En su charla, Raghav mostró un vídeo de uno de ellos estrellándose patéticamente después de sólo unos segundos. Petey, sin embargo, manejó la repentina corriente ascendente con aplomo. “El pájaro lo atraviesa como si nada”, explicó Raghav.

Con base en datos de cuatro cámaras de alta velocidad que rastrearon 10 puntos de Petey a lo largo de cada vuelo de prueba, Raghav y sus colegas creen que la principal forma que tiene el ave de mitigar las ráfagas es el cabeceo de las alas. Sin embargo, su modelo de dinámica de vuelo aún no puede predecir la trayectoria de vuelo de Petey en altas "proporciones de ráfagas" (es decir, cuando la velocidad del viento es mucho mayor que la velocidad de vuelo del ave).

Trabajar con un animal real también trae consigo desafíos y ventajas. "Hay mucha entropía en estos experimentos", dijo Raghav. Mundo de la Física. Como Petey sólo volaría si le ofrecieran comida, los investigadores sólo pudieron realizar seis vuelos de prueba por día. Algunos días tenían todo configurado y calibrado sólo para que Petey decidiera que no estaba interesado. Peor aún, Petey desarrolló una capacidad desconcertante para predecir cuándo estaba a punto de enfrentar una alta proporción de ráfagas, a pesar de los mejores esfuerzos del equipo por aleatorizar las velocidades de los fanáticos. "Creemos que el pájaro ha aprendido", dijo Raghav con tristeza.

…y las águilas reales lo explotan

Una última charla de la serie se aventuró aún más en el vuelo de las aves en el mundo real. Para entender cómo los pájaros manejan las turbulencias en la naturaleza, Greg Bewley y colegas de la Universidad de Cornell, EE. UU., colocaron acelerómetros con GPS en la espalda de seis águilas reales y recopilaron datos sobre su vuelo natural.

Basándose en los datos transmitidos por el acelerómetro, Bewley y su equipo crearon una distribución de probabilidad de las diferencias en las aceleraciones verticales de las águilas. Cuando compararon estos datos con las ubicaciones determinadas por GPS de las aves y los registros meteorológicos, encontraron largas "colas" en la distribución de probabilidad consistente con que las águilas amplificaran, en lugar de suprimir, fuertes ráfagas ascendentes intermitentes. Aunque Bewley afirmó que el suyo es el primera evidencia de aves aprovechando la turbulencia, sugirió que no era del todo una sorpresa. "Esta [turbulencia] es algo en lo que estos animales han evolucionado para moverse", dijo a la audiencia.

Desafortunadamente, la naturaleza del estudio no permitió a Bewley y sus colegas explorar cómo las águilas hacen esto. (“No tenemos forma de discriminar entre los diferentes tipos de comportamiento que exhibe el pájaro”, señaló). Dicho esto, creen que las águilas podrían estar empujando hacia abajo las corrientes ascendentes y ventilando las corrientes descendentes a través de sus plumas, una respuesta dinámica y asimétrica que Los aviones construidos por humanos aún no pueden imitar. Quizás al monje Eilmer no le fue tan mal después de todo.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/through-turbulent-skies-how-fluid-dynamics-experts-are-uncovering-the-secrets-of-bird-flight/