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Un proyecto patrocinado por la Armada de los EEUU para diseñar robot medusas nadadores de inspiración biológica ha llevado a los científicos al sorprendente descubrimiento de reglas de flexión comunes para las puntas de las alas, aletas, orejas, miembros de moluscos y otros propulsores en una amplia gama de especies animales

Ingenieros colaboran con biólogos para replicar el movimiento eficiente de las medusas en un robot nadador

El estudio, dirigido por John H. Costello, de Providence College y el Laboratorio de Biología Marina (MBL) en Woods Hole, donde él es un científico visitante, se publica esta semana en Nature Communications.

Estudiando videos de la manera de impulsarse de 59 animales —desde moscas de la fruta a ballenas jorobadas— a través del aire o el agua en un movimiento de avance estable, el equipo descubrió que los propulsores de los animales se curvan de una manera similar en la punta, con una gama muy limitada y predecible de movimientos característicos. (El movimiento en estado estable consise en continuos ciclos, replicables, de movimientos de propulsión, en contraste con una rápida aceleración o desaceleración.)

“Estábamos interesados en ver cuántos animales utilizan bordes (o extremidades) flexibles en su impulsión, porque sabemos que en los vehículos medusa, la eficiencia del propulsor mejora en varios órdenes de magnitud cuando ponemos un borde pasivo de silicona, flexible, alrededor de la campana [de la medusa]”, dice Costello. “La cuestión para nosotros fue, ¿cómo y por qué la flexibilidad aumenta el empuje? Y desde el punto de vista de la ingeniería, ¿cómo incorporar flexibilidad en un diseño para que se incremente el empuje?”

El equipo analizó los propulsores naturales, que han tenido millones de años para evolucionar su eficiencia de diseño, para orientar sus modelos. “Encontramos que es clave la forma en que los propulsores se mueven —la cinemática— parece ser seleccionada por una amplia gama de animales, en lugar de las propiedades de materiales tales como plumas o escamas”, dice Costello. “Descubrir estas características de curvatura uniforme ha reorientado nuestra búsqueda por comprender las ventajas de la flexibilidad en la propulsión.”

El autor principal del artículo, Kelsey N. Lucas, fue un consejero de pregrado del coautor Sean Colin, de la Roger Williams University en el momento del estudio, y ahora es un estudiante graduado en la Universidad de Harvard. Colin también es un científico visitante en el Laboratorio de Biología Marina e investigador principal con Costello en el proyecto de las medusas robot de la Marina.

“Los animales voladores y nadadores tienen un costo de transporte mucho menor (energía necesaria para mover una masa de una distancia determinada) que los actuales diseños hechos por el hombre de escala similar”, dice Costello. “Eso es parte de nuestra motivación para entender el diseño biológico: los animales lo hacen mejor.”

Lucas KN, Johnson N, Beaulieu WT, Cathcart E, Tirrell G, Colin SP, Gemmell BJ, Dabiri, JO, Costello JH (2014) Bending rules for animal propulsion. Nature Communications. 5: 3293 DOI: 10.1038/ncomms4293

Colin SP, Costello JH, Dabiri JO, Villanueva A, Blottman JB, Gemmell BJ, Priya S (2012) Biomimetic and Live Medusae Reveal the Mechanistic Advantages of a Flexible Bell Margin PloS One. DOI:. 10.1371/journal.pone.0048909

El Laboratorio de Biología Marina (MBL) está dedicado a los descubrimientos científicos y la mejora de la condición humana a través de la investigación y la educación en la biología, la biomedicina y las ciencias ambientales. Fundada en Woods Hole, Massachusetts, en 1888, el MBL es una institución sin fines de lucro privado y una filial de la Universidad de Chicago.

Fuente: Marine Biological Laboratory. Aportado por Eduardo J. Carletti

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