Un modelo explicó las fuerzas y estructuras de flujo creadas por las alas de los pingüinos papúa bajo el agua y determinó que el plumaje de las alas es el principal factor de generación de empuje.
Los pingüinos papúa son las aves nadadoras más rápidas del mundo, y esa capacidad se debe a sus alas únicas y sofisticadas. Las alas de los pingüinos, también conocidas como aletas, se parecen a las de los aviones, cubiertas de plumas escamosas. Para maximizar su eficacia bajo el agua y no en el aire, sus alas son más cortas y planas que las de las aves voladoras.
Los animales pueden ajustar la postura de nado mediante el emplumado activo de las alas (cambiando el ángulo de sus alas para reducir la resistencia), el cabeceo y el aleteo. Sus densas y cortas plumas también pueden bloquear el aire entre la piel y el agua para reducir la fricción y las turbulencias.
“La capacidad superior de los pingüinos para nadar, arrancar, frenar, acelerar, desacelerar y girar con rapidez se debe a sus alas, que se mueven libremente. Gracias a ellas, los pingüinos pueden propulsarse y maniobrar en el agua y mantener el equilibrio en tierra”, refiere en un comunicado el autor Prasert Prapamonthon, del Instituto de Tecnología Rey Mongkut de Ladkrabang (Tailandia).
“Nuestro equipo de investigación siempre siente curiosidad por las criaturas sofisticadas de la naturaleza que podrían ser beneficiosas para la humanidad”, agrega.
El modelo hidrodinámico tiene en cuenta información sobre el aleteo de las alas (amplitud, frecuencia y dirección) y los parámetros del fluido (velocidad y viscosidad). Utilizando el método de límites inmersos, resuelve el movimiento del ala y las fuerzas de empuje, sustentación y laterales.
Para establecer el movimiento de las alas a través de las especies, los investigadores utilizan la relación entre la velocidad de aleteo del ala y la velocidad de avance. Este valor evita cualquier diferencia entre el aire y el agua. Además, los autores definen un ángulo de empuje, determinado por el ángulo de las alas. Ambos parámetros tienen un impacto significativo en el empuje del pingüino.
“Propusimos el concepto de ángulo de empuje, que explica por qué las alas con aletas generan empuje. El empuje viene determinado principalmente por el ángulo de ataque y el ángulo relativo de las alas con respecto a la dirección de avance”, dice Prapamonthon.
El ángulo de empuje, apunta, es un concepto importante para estudiar el mecanismo del empuje generado por el movimiento de aleteo y será útil para diseñar el movimiento mecánico de las alas. Estos hallazgos publicados en Physics of Fluids, pueden orientar el diseño de vehículos acuáticos al estimar rápidamente el rendimiento de la propulsión sin elevados costes experimentales o computacionales.
En el futuro, el equipo tiene previsto examinar un modelo de pingüino en 3D más realista. Incorporarán distintas propiedades y movimientos de las alas, como arrancar, frenar, girar y saltar dentro y fuera del agua. N
