Langostas en el túnel aerodinámico

Desde tiempos bíblicos, las langostas tienen mala reputación: invaden regiones completas, las dejan lampiñas y desérticas para dirigirse rápidamente a un nuevo lugar para alimentarse. Para las personas afectadas, esto es una catástrofe, desde el punto de vista de los insectos, se trata de una estrategia eficiente. Y las langostas son eficientes sobre todo en materia energética.

Hasta los especímenes grandes pesan tan solo dos gramos. Gracias a su sistema de alas altamente desarrollado, pueden volar fácilmente alrededor de 100 kilómetros por día, aún siendo diminutos. “Con una constelación especial de las alas, los saltamontes conjugan la flotabilidad con la propulsión,” explica Andreas Schröder, físico del Instituto de Aerodinámica y Técnica de Corrientes del Centro Aeroespacial Alemán en Gotinga.

Cuatro pares de alas plegables

A comparación de las aves y los aviones, poseen dos pares de alas finísimas. Para impulsarse, pliegan las alas en cada aleteo. De manera simplificada se podría decir que reman en el aire como un nadador en el agua. Debido a su eficiencia, las langostas también son modelos atractivos para zoólogos de la Universidad de Oxford. Los colegas de Schröder quieren aprender de los insectos para mejorar la construcción de pequeños aviones con mando a distancia.

Para ello, los científicos de Oxford primero tendrán que entender como vuela una langosta. Aquí, los investigadores de corrientes de Gotinga pueden ayudar: en el túnel aerodinámico, miden la corriente y el vórtice que una langosta genera en el vuelo.

El físico Daniel Schanz ha preparado el experimento en Gotinga. Para él, este trabajo con animales vivos en el túnel aerodinámico es una novedad. “Hasta ahora, generalmente, solo habíamos medido modelos con unas construcciones de metal que no se podían mover o salir volando”, dice el investigador. Para Schanz, las langostas son los candidatos ideales para el experimento. Por un lado, porque poseen una coraza fuerte: “de esta manera, se pueden fijar muy bien en un soporte y desprender fácilmente”, además tienen un reflejo muy útil: “cuando pierden pie y les llega contraviento, empiezan a aletear de forma muy regular, porque piensan que se encuentran en el aire y están volando.”Las langostas realmente vuelan en el túnel aerodinámico como lo hacen en el aire.

Hacer visible el vórtice

Para averiguar cómo el aire se mueve exactamente detrás de una langosta en cada momento de su aleteo, los investigadores de Gotinga tomaron fotografías del aire. Para hacerlo visible en las fotografías, enriquecieron el aire con diminutas gotas. Ocho cámaras de alta resolución fotografiaron el aire mezclado con aerosol desde diferentes ángulos. Como flash sirven dos rayos láser de alto rendimiento que en intervalos cortos emiten impulsos de luz.

“Durante el corto intervalo entre los dos rayos láser, la corriente en el túnel aerodinámico casi no se mueve”, explica el físico Schröder, “y así fotografiamos dos veces seguidas, en un intervalo de unos microsegundos, las mismas distribuciones de partículas.” Cada cámara saca dos fotos en blanco y negro parecidas a una constelación del cielo. Las dos imágenes parecen iguales, pero hay una fina diferencia: “si cambiamos de una foto a la otra, se puede ver que las estrellas se mueven en espacios diminutos,” explica Schanz.

En el siguiente paso, una computadora evalúa estos puntos de la imagen mediante un proceso llamado correlación. La computadora sobrepone las imágenes de tal manera que queden congruentes. Aún así, quedan espacios en los que las partículas se han desplazado. A partir de ellos, la computadora calcula la velocidad vectorial, es decir, el movimiento de los grupos de partículas. Así, la computadora puede reconocer dónde se producen los vórtices y hacia dónde afluye el aire.

Una representación topográfica

De los datos de las ocho cámaras, los investigadores construyen una gráfica tridimensional, que todavía no ha sido publicada. En la pantalla, esta topografía se puede mover en todas las direcciones. Los vórtices y las corrientes están marcados con diferentes colores: rojo para el aire que se mueve rápidamente, azul para el aire más lento y el aire estático no tiene color.

Con esto, se pueden reconstruir varias informaciones: “se puede ver la estructura completa del vórtice que produce la cola del aleteo, sobre todo en el borde y las puntas de las alas”, dice Schanz. Según el científico, así se pueden sacar conclusiones del sistema propulsor e investigar como se genera esta fuerte eficiencia sistémica.

Solo el insecto no se puede ver en la topografía porque el área donde este se encontraba no ha sido fotografiada. “Técnicamente esto hubiera sido imposible, porque, de ser así, el saltamontes se hubiera encontrado en la luz”, aclara Schanz. Los investigadores tuvieron que evitarlo porque de otra forma el insecto hubiera reflejado demasiada luz en las cámaras. “Como el láser es muy potente, esto seguramente dañaría mucha a las cámaras.” Además, los saltamontes siempre hubieran estorbado por lo menos a una cámara y producido una gran sombra. Esto hubiera hecho imposible realizar cálculos posteriores.

Gracias a los resultados de estas mediciones, los colegas de Oxford de los investigadores del Centro Aeroespacial Alemán ahora poseen importantes indicios para lo que algún día será su langosta mecánica.

Autor: Fabian Schmidt/ VC

Editor: Enrique López