Los delfines se encuentran entre los mamíferos marinos más rápidos y algunas especies alcanzan velocidades de hasta 37 millas por hora (mph). Pero no se ha comprendido del todo qué es exactamente lo que hace que estos ágiles nadadores sean tan rápidos. Comprender la física de la velocidad de los animales, especialmente bajo el agua, puede ayudar a mejorar la propulsión en tecnologías basadas en fluidos creadas por humanos, como los robots submarinos.
Al realizar simulaciones a gran escala de delfines corriendo a través de las olas en una variedad de condiciones, investigadores de la Universidad de Osaka, Japón, han descubierto nuevos conocimientos sobre vórtices de diferentes tamaños generados por las colas de los delfines.
En resumen, el estudio, publicado en Physical Review Fluids, destaca que comprender cómo se comportan los vórtices dentro de la turbulencia es crucial para explicar cómo los delfines alcanzan estas velocidades máximas.
Seguimiento de la velocidad de los delfines
Modelo de delfín creando vórtices mientras nada
(Crédito de la imagen: Yutaro Motoori)
Cuando los delfines cazan o surfean en las estelas de los barcos, pueden alcanzar velocidades de entre 20 y 37 mph, dejando atrás a parientes cercanos como orcas y marsopas. A modo de comparación, los nadadores competitivos alcanzan un máximo de alrededor de 8 mph.
Lo que les da ventaja a los delfines es la forma en que mueven la cola. Mueven sus aletas hacia arriba y hacia abajo en un poderoso movimiento de patada, empujando el agua hacia atrás y generando turbulencias formadas por múltiples vórtices giratorios. Pero desde una perspectiva de la física mecánica, no ha quedado del todo claro cómo esta turbulencia impulsa realmente al delfín hacia adelante, y mucho menos a velocidades tan altas.
“Nuestro objetivo es comprender qué partes del flujo turbulento ayudan a los delfines a nadar tan rápido”, dijo en un comunicado de prensa el autor principal del estudio, Yutaro Motoori, profesor asociado del Departamento de Ciencias Mecánicas y Bioingeniería de la Universidad de Osaka. “Utilizando una supercomputadora, podemos simular y descomponer el flujo para determinar qué componentes desempeñan papeles dominantes”.
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Grandes vórtices invisibles generan empuje
Las simulaciones por supercomputadora revelaron que la cola de un delfín crea dos tipos diferentes de vórtices. Un tipo consiste en vórtices a gran escala que generan empuje empujando el agua hacia atrás. El otro consiste en muchos vórtices más pequeños que surgen como subproductos de los más grandes pero que no contribuyen significativamente al movimiento hacia adelante.
“Nuestros resultados muestran que la jerarquía de los vórtices en la turbulencia es crucial para comprender la natación de los delfines”, explicó el coautor del estudio Susumu Goto en el comunicado. “Los vórtices más grandes son responsables de la mayor parte de la propulsión, mientras que los más pequeños son principalmente subproductos del flujo turbulento”.
Aumentar la velocidad del robot submarino
Utilizando supercomputación avanzada, los investigadores pudieron observar el movimiento de los fluidos con un detalle sin precedentes, algo que sería prácticamente imposible de estudiar directamente en la naturaleza. Otra ventaja fue la capacidad de realizar múltiples pruebas en diferentes condiciones, recopilando grandes cantidades de datos reveladores con un esfuerzo relativamente manejable.
“Descubrimos que nuestros resultados no cambian en una amplia gama de velocidades de natación”, añadió Motoori, destacando la solidez de sus hallazgos.
Más allá de satisfacer la curiosidad sobre los procesos físicos detrás de uno de los nadadores más rápidos del planeta, estos conocimientos sobre cómo los vórtices influyen en la propulsión podrían ayudar a mejorar las tecnologías humanas. Las aplicaciones podrían incluir robots submarinos más rápidos y con mayor eficiencia energética o sistemas diseñados para controlar mejor las turbulencias.
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