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1 de Junio de 2019
Biomecánica

Simular la evolución

Un algoritmo evolutivo permite encontrar la forma óptima para un ala.

Un ala no óptima genera vórtices (rojo) en su borde de ataque, o delantero, los cuales interfieren con los producidos en el borde de salida, o posterior (verde). [LEIF RISTROPH/Laboratorio de Matemáticas Aplicadas/Instituto Courant de Ciencias Matemáticas/Universidad de Nueva York]

Hace tiempo que los ingenieros se inspiran en las alas de las aves para diseñar sus análogos mecánicos. Ahora, un equipo de matemáticos ha dado un paso más allá. Tras imprimir en 3D alas con formas diferentes, los investigadores comprobaron sus prestaciones en el laboratorio e introdujeron los datos en un algoritmo que simulaba la evolución. Al hacerlo, hallaron que un ala con forma de lágrima era la más rápida tanto para el vuelo activo (con batido de alas) como para el nado. Se trata de la primera vez que se emplea un proceso combinado de este tipo para encontrar la forma óptima de un ala para el vuelo rápido, comenta Leif Ristroph, matemático del Instituto Courant de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Nueva York y autor principal del nuevo estudio.

El resultado se explica gracias a algunas de las peculiaridades de la geometría con forma de lágrima, explica Ristroph, en particular su asimetría anteroposterior. Esta se caracteriza por presentar un borde delantero redondeado, cerca del cual se encuentra el punto de mayor grosor del ala, y un borde posterior muy fino, semejante al del ala de un ave, que habitualmente se reduce a una sola pluma. El hallazgo sugiere que las alas de las aves han evolucionado para ser lo más delgadas posible, afirman los investigadores en su artículo, publicado en enero en Proceedings of the Royal Society A.

Ristroph y sus colaboradores imprimieron en 3D una primera «generación» de diez alas de plástico. Después fijaron cada una a una barra horizontal impulsada por un motor que la hacía aletear arriba y abajo en el agua. Gracias a ello midieron su velocidad de nado, a partir de la cual extrapolaron la de vuelo. Probaron diversas formas; entre ellas, algunas basadas en alas de avión tradicionales, esferas aplanadas y una estructura similar a un cacahuete, apunta Ristroph.

Los investigadores introdujeron los datos de velocidad en el algoritmo evolutivo, lo que produjo una segunda generación de ocho alas «hijas». Y aunque las más rápidas tenían mayor probabilidad de pasar a la siguiente generación, el algoritmo también permitía «mutaciones» que podían generar nuevas formas. Además, las dos alas más rápidas de la primera generación también se añadieron a la segunda, tras lo cual se repitió todo el proceso de impresión en 3D y pruebas de laboratorio con esa segunda generación de diez alas. En total, los investigadores crearon quince generaciones. El ala más rápida (la que tenía forma de lágrima) apareció en la undécima generación y persistió en las siguientes. Los intentos del algoritmo por mejorar esta forma dieron como resultado alas demasiado delgadas para imprimirlas en 3D.

El estudio es «tremendamente interesante», afirma Geoffrey Spedding, ingeniero aeroespacial de la Universidad del Sur de California que no participó en el trabajo. El experto señala que el ala óptima «se parece más a una aleta de pez», lo que la hace más adecuada para nadar o impulsar objetos hacia delante que para generar la sustentación en la que se basa el vuelo de los aviones.

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