Avances en la comprensión de cómo vuelan los insectos

A diferencia de la aerodinámica de las aves, también conocida comovuelo de ala fija- No se comprende bien el vuelo de los insectos. Investigadores de la Universidad de Nueva York han revelado algunas ideas sorprendentes sobre esta pregunta de larga data. Es decir, han descubierto que tener la parte superior pesada proporciona una ayuda poco intuitiva para mantener la estabilidad mientras se someten a rápidosvuelo de aleteo. Publicaron sus resultados en la edición de febrero de 2012 deCartas de revisión física.

El vuelo de ala fija se refiere a un ala estacionaria que viaja a través de un medio como el aire. Todos hemos visto pájaros en este tipo de vuelo. El mecanismo para levantar el ala es la diferencia de presiones de aire por encima y por debajo del ala, causada por el movimiento hacia adelante del ala. El vuelo en ala fija se conoce bien. De hecho, nuestra industria aérea lo utiliza. Esta comprensión de trabajo hace que más de 87,000 vuelos por día adornen los cielos sobre los Estados Unidos, sin contar el resto del mundo.

Movimiento básico del ala del insecto en movimiento. a) alas b) articulaciones c) músculos dorsoventrales d) músculos longitudinales. Vía Siga en Wikimedia Commons.

Sin embargo, la gran mayoría de los pilotos de la naturaleza son insectos alados. Comprender el vuelo de los insectos podría tener un impacto similar en la forma en que nos movemos de un lugar a otro.

En su artículo de febrero de 2012, Bin Lui y sus colegas describen el experimento que condujo al resultado contrario a la intuición de que tener la parte superior pesada es una ayuda para volar con las alas.

Primero, tuvieron que construir un modelo de 'error' que pueda volar batiendo un par de alas, una tarea importante. Lui y sus colaboradores evitaron esta dificultad haciendo que el aire se moviera en lugar de un par de alas. Este tipo de flujo de aire, generado por un subwoofer acústico, imita el comportamiento turbulento del flujo de aire alrededor de las alas batientes sin necesidad de la tarea técnicamente difícil de crear alas batientes mecánicamente precisas.

Con esta dificultad resuelta, la tarea de crear un 'error' se volvió mucho más simple. El equipo ideó una pirámide triangular ligera como su insecto volador.



Cortesía de Bin Lui et al.

Cortesía de Bin Lui et al.

Cortesía de Bin Lui et al.

Dentro de la pirámide, sobre una pequeña viga vertical, colocaron un peso que se podía ajustar hacia arriba o hacia abajo para controlar la altura del centro de masa. El ajuste de pesado en la parte superior (a equilibrado centralmente) a un centro de gravedad bajo fue el factor en el que se enfocaron durante su experimento.

Para determinar qué disposición es la más estable, los insectos se colocaron en un túnel de viento vertical con el subwoofer en la parte inferior proporcionando la elevación periódica en forma de ala. Al tomar una serie de fotos, los experimentadores pudieron reconstruir la fuerza efectiva que actúa para mantener al insecto en posición vertical.

Utilizaron una herramienta común a los físicos, el concepto deenergía potencial. Si se representa gráficamente la energía potencial en función de la posición, o en este caso, del ángulo de inclinación, la pendiente descendente del gráfico representa la fuerza que actúa sobre el insecto. En este caso, la pendiente del gráfico es aproximadamente cero para ángulos entre -20 y +20 grados, lo que resulta en ninguna fuerza de restauración. Sin embargo, una vez que el ángulo de inclinación supera los 20 grados, la energía potencial aumenta bruscamente, lo que representa una fuerte fuerza restauradora que actúa para restaurar el insecto a su posición vertical.

Al construir estos gráficos de energía potencial para varias posiciones de peso, encontraron que la disposición de la parte superior pesada proporcionaba el patrón de vuelo más estable para su error. Lui y su equipo pudieron demostrar que el mecanismo para esta mayor estabilidad era un fenómeno conocido como 'desprendimiento de vórtices'. Cuando el insecto se inclina hacia un lado, se libera un vórtice de aire desde ese lado, devolviendo al insecto a una orientación vertical. Los resultados de este experimento muestran que este proceso aparentemente es ayudado por un alto centro de masa.

Bug en vuelo

Queda por ver si los resultados de este experimento simple e intrigante se pueden aplicar a modelos más realistas de insectos, como insectos reales con alas reales. Sin embargo, Bin Lui y sus colegas han resaltado un matiz importante del vuelo con las alas batientes, a saber, que un centro de gravedad alto puede estabilizar la orientación del volador.

Así como una mayor comprensión del vuelo en alas fijas nos llevó a revolucionar la forma en que viajamos, uno solo puede imaginar los efectos adicionales de utilizar el movimiento de los insectos a través del cielo.