Construyendo mejores aviones con alas cambiantes
Daniel Inman, un profesor de ingeniería aeroespacial de la Universidad de Michigan, dirige un proyecto en el que participan investigadores de las universidades de Stanford y de California, Los Angeles. Los científicos, que recientemente recibieron una subvención de 6 millones de dólares de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, tienen como objetivo diseñar un avión no tripulado cuyas alas puedan modificar su forma. Para ello en primer lugar tienen previsto producir el análisis más detallado de vuelo de un pájaro jamás realizado para un proyecto de ingeniería aeroespacial. Mientras los aviones modernos de alas rígidas utilizan flaps y alerones para controlar el avión, los pájaros manipulan plumas ya sea individuales o en grupo, creando superficies de control de vuelo sin desperdiciar energía.
“Con los nuevos materiales, las técnicas de control y de detección avanzada y métodos de la invención para la observación de las aves en vuelo, nuestro equipo comenzará a aportar eficiencia y agilidad aviar a las aeronaves”, explica Inman.
Una mayor eficiencia haría que los aviones a batería fueran más prácticos, ya que muchos ahora dependen de combustibles fósiles. El equipo explorará también si las nuevas alas y colas podrían trabajar en pequeñas aeronaves tripuladas.
En lugar de montar sensores en los pájaros pequeños para medir el flujo de aire, presión y otras fuerzas, David Lentink, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford, ha desarrollado un sistema que mide las perturbaciones de presión en el aire alrededor del ave.
“Es muy emocionante que podamos ahora por fin estudiar el vuelo de las aves con un ojo ingeniero”, comenta Lentink, también biólogo. “Las fuerzas de resolución temporal en las alas, en combinación con las mediciones de la forma del ala 3D a 1.000 fotogramas por segundo, son clave para descifrar cómo cambian de forma aves para controlar la fuerza aerodinámica que generan”.
Otros biólogos en el proyecto montarán cámaras en las espaldas de especies de gran tamaño como las águilas. Esto proporcionará vistas en primer plano de las alas de las aves al despegar, planeo, y aterrizaje. El tercer grupo explorará cómo músculos de las alas trabajan juntos para manipular la forma del ala.
Los ingenieros investigarán una variedad de vías para la producción de alas cambiantes. Pondrán a prueba los materiales que alteren la forma del ala en respuesta a estímulos tales como cambios de temperatura o corriente eléctrica. Los investigadores creen que pueden montar estructuras que se asemejan al hueso y músculo en alas de las aves a través de la impresión 3D.
Para regular las formas de las alas, otro grupo de ingenieros programará el ordenador de control utilizando técnicas que imitan las neuronas en el cerebro y desarrollarán sensores que pueden ser distribuidos a través del ala como nervios. Estos reportarán los datos de flujo de aire y presión al ordenador, información que los pájaros instintivamente recogen y utilizan en vuelo.
“La red neuronal biológica puede procesar señales a una velocidad comparable a un superordenador con un peso de sólo una millonésima parte mucho y consumir una millonésima parte del poder”, explica Yong Chen, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la UCLA. Los circuitos similares al cerebro de Chen serán capaz de procesar de forma rápida y eficiente la información de los sensores, usándolo para elegir las mejores formas de ala para maniobrar la aeronave.
El equipo de ingeniería incluye Darren Hartl, un ayudante de profesor de investigación en ingeniería aeroespacial de la Universidad de Texas A & M, que van a desarrollar componentes para cambiar la forma de las alas utilizando aleaciones con memoria de forma. Inman y Henry Sodano, un profesor asociado de ingeniería aeroespacial de la U-M, explorarán nuevos materiales y formas de estructurar las alas. Fu-Kuo Chang, profesor de aeronáutica y astronáutica en Stanford, construirá sistemas de detección distribuidos para las alas, en estrecha colaboración con Chen.
Douglas Altshuler, un profesor asociado de zoología en la Universidad de British Columbia en Canadá, estudiará retroalimentación táctil en las aves y trabajará con Lentink en el análisis de vuelo de pájaro. Richard Bomphrey, del Royal Veterinary College en el Reino Unido, utilizará cámaras para investigar cómo las aves alteran la forma de sus alas para controlar el vuelo. Graham Taylor, un profesor de biología matemática en la Universidad de Oxford en el Reino Unido, proporcionará los datos que él previamente ha recogido en el vuelo de las aves.
