18/Ago/05

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Un físico argentino demuestra matemáticamente por qué vuelan los insectos

(La Nación, FCEyN - UBA) ¿Cómo hace un abejorro para mantenerse en vuelo con sus pequeñas alas y su pesado cuerpo? Desde hace más de 50 años esta pregunta desvela a los científicos, y dio lugar al "mito del abejorro", que se generó alrededor de 1930, cuando los físicos aplicaron al vuelo de los insectos las leyes que explican cómo se sustenta un avión en el aire. Según los cálculos, era imposible que el abejorro volara. Pero la realidad, a veces, puede jugarle una mala pasada a la ciencia.

Sin embargo, un físico de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA acaba de resumir en una fórmula matemática la explicación de por qué los insectos no se estrellan contra el suelo cuando se proponen volar. El doctor Fernando Minotti, del Departamento de Física de la mencionada facultad, explica, en un artículo publicado en la prestigiosa revista Physical Review, qué fuerzas actúan sobre las alas de los insectos para lograr sustentación aun en los movimientos más osados, esos que no podría ni imaginar el piloto más experimentado.

Rumbo impredecible

El ala de un avión le hace frente al aire en una posición casi horizontal, con una inclinación muy pequeña. Así, el aire fluye suavemente por arriba y por debajo del ala, con una diferencia de presión (es mayor abajo) que mantiene en vuelo la máquina. Si el ángulo entre el ala y la dirección del aire se hace más amplio, llega un punto en que la sustentación se pierde y el avión cae, sin remedio. Esto puede suceder, por ejemplo, en casos de ascensos bruscos.

Este problema se debe a que, al aumentar el ángulo de inclinación, se produce una interrupción del flujo suave de aire y un cambio en las presiones.

El vuelo de los insectos suele ser desordenado e impredecible, con cambios repentinos en la dirección. Pueden volar con ángulos de ataque muy grandes, es decir, con una inclinación superior a los 45 grados. Sin embargo, se mantienen en el aire como si nada.

Los insectos son animales predominantes en el planeta, al menos si se considera el enorme número de especies que abarcan. Y la habilidad para volar es uno de los factores que contribuyen a ese predominio. Además, el vuelo no sólo les sirve para transportarse, sino también para capturar presas, defender territorio o cortejar a su pareja.

La clave de esa maravillosa capacidad para volar es lo que Fernando Minotti intentó desentrañar apelando a la matemática y haciendo uso de las más elementales leyes de la física.

"Lo que desarrollamos es una teoría matemática analítica que permite explicar por qué en los insectos no hay una interrupción del flujo alrededor del ala, aun con ángulos grandes de ataque", afirma Minotti, que es investigador del Conicet. La clave parece estar en un vórtice o remolino que se forma en cada una de sus alas y que persiste con todos los cambios de movimiento. Este vórtice regulariza el flujo del aire en el borde delantero del ala y asegura un flujo suave cualquiera que sea el ángulo de ataque.

Robots voladores

Minotti comparó sus resultados matemáticos con los experimentos realizados por el neurobiólogo estadounidense Michael Dickinson, profesor en la Universidad de California, en Berkeley. Este investigador creó "Robofly", un insecto robot con alas de 60 centímetros de largo que se mueve en el interior de un barril de dos toneladas de aceite mineral.

Un conjunto de cámaras de video graba todos los movimientos del enorme insecto, y los sensores ubicados en las alas registran las fuerzas que ejerce sobre ellas el fluido viscoso. En estos experimentos, Dickinson había observado que sobre el ala del robot se producía un vórtice, es decir, un remolino de aire. Sin embargo, cómo se generaba y qué función cumplía ese vórtice en el vuelo eran un misterio.

Junto con el licenciado Enzo Speranza, Minotti logró explicar cómo se origina ese vórtice, que podría tener un papel importante para mantener la sustentación. "El vórtice se forma en cada una de las alas del insecto y su tamaño es prácticamente independiente del tipo de ala y del tipo de vuelo. Más aún, persiste a pesar de los cambios bruscos de dirección del movimiento", detalla el investigador.

De acuerdo con su explicación, las fuerzas que operan en el vuelo del insecto se resumen en una sencilla fórmula. Y ese cálculo puede hacerse en una PC, es decir, no se necesita una gran computadora. Esta información, además de resolver un enigma histórico, puede tener aplicaciones prácticas. Por ejemplo, en el diseño de diminutos robots voladores para hacer monitoreo ambiental y detección de gases tóxicos en minas, entre otros usos.

Tendrán alas pequeñas y cuerpos que deberán contener sensores o pequeñas cámaras de video. La fórmula matemática puede contribuir a que esos desarrollos sean exitosos.