Investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto estudian el vuelo de insectos con el objetivo de desarrollar modelos matemáticos que permitan analizar y simular en computadoras su funcionamiento. El proyecto permitiría generar conocimiento para el diseño de máquinas capaces de volar de una manera mucho más eficiente que las actuales.
Agencia TSS – El cuerpo de una abeja no está hecho para volar, afirma un viejo dicho. Claro que esto no impide que las abejas vuelen, pero sí implica que parecen desafiar las leyes de la aerodinámica tal como las conocemos.
Para quienes estudian los efectos de estas leyes en la capacidad de vuelo de animales y máquinas, las características de estos insectos implican un desafío. Además de poder volar, las abejas son capaces de hacerlo en forma invertida para aterrizar patas arriba, con cambios de dirección repentinos y otras maniobras sorprendentes e imposibles para otros seres voladores.
Un conocimiento detallado sobre los principios que gobiernan el vuelo de las abejas y otros insectos podría ser la puerta para la creación de nuevos vehículos capaces de trasladarse en el aire de una manera que hoy resulta técnicamente inalcanzable. Por ejemplo, se podrían diseñar robots en miniatura que puedan inspeccionar áreas de desastre, como zonas de derrumbe, para encontrar personas atrapadas, y también para la exploración en otros planetas, siempre y cuando cuenten con una atmósfera fluida como para poder volar en ella.
El Grupo de Matemática Aplicada (GMA) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Río Cuarto (UNRC) tiene una línea de investigación sobre aeroelasticidad, que es el proceso en el cual un cuerpo se deforma por la interacción con el aire que lo rodea. Esto implica, por un lado, estudiar la elasticidad de un cuerpo –como las alas de un insecto, que, a diferencia de las de las aves, no poseen músculos– y, por otro, la aerodinámica que gobierna las fuerzas que van a actuar sobre un cuerpo por estar moviéndose en un medio fluido. La metodología de investigación implica el desarrollo de algoritmos que se programan y corren en supercomputadoras para hacer la simulación del vuelo y conocer la interacción de las alas del insecto con el aire que las rodea. Posteriormente, las simulaciones deben ser comparadas con experimentos de laboratorio para confirmar los hallazgos y tratar de responder preguntas que todavía están abiertas sobre el vuelo de insectos.

Bruno Roccia, director del proyecto, le dijo a TSS: “A partir de modelos numéricos se codifican las ecuaciones en algún lenguaje de computación, como puede ser Fortran, C o cualquier otro, y se corre el programa en una computadora. Como eso lleva mucho tiempo de cómputo, porque son muchas ecuaciones que tienen que resolverse simultáneamente, lo que se hace es montar el programa sobre supercomputadoras que, como tienen muchos núcleos de procesamiento, lo hacen de manera distribuida y así se corre más rápido y después se recuperan los resultados”.
También se busca investigar sobre qué tipo de vuelo es el más adecuado para ayudar a reducir el consumo de energía, una de las principales preocupaciones tanto de la industria aerocomercial como de los fabricantes de drones. Con respecto a estos últimos, según Roccia, “el consumo de energía es un punto crucial porque lo que siempre se quiere lograr es hacerlos pequeños, con poco peso y muy buena autonomía. Esto de alguna manera se contradice porque se quiere algo muy chico, que no cargue una fuente de energía pesada y que dure mucho tiempo volando. Esto es algo que todavía no está bien resuelto, aunque se han logrado algunos avances”.
El grupo de matemáticos de la UNRC que incursionó en el campo de lo que se conoce como biomimética (en este caso orientada al vuelo de insectos pero que tiene múltiples áreas de estudio) trabaja en colaboración con el Grupo de Aeroelasticidad liderado por Sergio Preidikman en la Facultad de Ciencia Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) y también con otras instituciones del mundo. “Tenemos proyectos con Virginia Tech y la Universidad de Maryland, en Estados Unidos, con la Universidad de Lieja, en Bélgica, y con la de Calgary, en Canadá”, detalló Roccia.
Esta línea también derivó en otras enfocadas en diversos problemas complejos. En colaboración con el GEA (Grupo de electrónica Aplicada de la UNRC), el grupo la UNC y la Universidad de Lieja están desarrollando una plataforma de simulación numérica para estudiar el comportamiento de turbinas eólicas y de dispositivos no convencionales como generadores impulsados por barriletes y turbinas eólicas flotantes como la que abre esta nota, encerradas en un cilindro inflable que las lleva a una altura de entre 300 y 600 metros, donde las corrientes de aire son más uniformes.
“Fue una especie de semillero para generar otras áreas de investigación. A partir de ese proyecto surgieron herramientas numéricas para estudiar sistemas mecánicos como las grandes turbinas eólicas, que es un proyecto que estamos llevando a cabo con el objetivo de contar con un modelo de simulación que contenga las partes mecánica, aerodinámica y la del generador eléctrico. También estamos trabajando en cosechadores de energía basados en dispositivos piezoeléctricos. Utilizamos cintas piezoeléctricas que vibran con el viento y que, cuando se deforman, generan electricidad. Es decir, buscamos recolectar energía a partir de la deformabilidad de cuerpos sólidos”, explicó el investigador.
30 ene 2020
Temas: Algoritmos, Biomimética, Computación, Matemática, Simulación computacional