Un equipo de ingenieros de la Universidad de Michigan, en Estados Unidos, ha desarrollado un prototipo esférico, con hoyuelos que pueden ajustarse dinámicamente en respuesta al flujo de aire. Resultado: se reduce drásticamente la resistencia y permite un control preciso del movimiento sin la necesidad de aletas, timones o piezas giratorias.

Inspirada directamente en las pelotas de golf, esta innovación podría allanar el camino para vehículos aéreos no tripulados (drones o UAV) y submarinos más eficientes y maniobrables, informa la web especializada Interesting Engineering.

“Un revestimiento exterior programable dinámicamente en un vehículo submarino podría reducir drásticamente la resistencia aerodinámica, eliminando al mismo tiempo la necesidad de apéndices salientes como aletas o timones para maniobrar. Al ajustar activamente la textura de su superficie, el vehículo podría lograr una maniobrabilidad precisa con mayor eficiencia y control”, afirmó Anchal Sareen, autor del estudio, al citado medio. 

Desde hace mucho tiempo se sabe que la superficie tan curiosa de las pelotas de golf reduce la resistencia a la presión al alterar la capa límite alrededor de la pelota, lo que le permite volar aproximadamente un 30% más lejos que una esfera lisa. Basándose en este principio, los investigadores de Michigan desarrollaron un sistema de “piel inteligente”: una esfera hueca cubierta de látex con hoyuelos ajustables que se puede encender o apagar mediante una bomba de vacío.

Para comprobar su teoría, los investigadores colocaron la esfera adaptativa en un túnel de viento y midieron la resistencia a distintas velocidades del flujo de aire con una celda de carga. Simultáneamente, visualizaron los patrones del flujo de aire mediante imágenes láser y partículas de aerosol.

Los resultados mostraron que los hoyuelos poco profundos fueron más efectivos a altas velocidades del viento, mientras que los más profundos tuvieron un mejor rendimiento a bajas velocidades. En todas las condiciones, el sistema de hoyuelos dinámicos redujo la resistencia hasta en un 50 % en comparación con una esfera lisa.

"La configuración de la piel adaptativa puede detectar cambios en la velocidad del aire entrante y ajustar los hoyuelos según corresponda para mantener la reducción de la resistencia. Aplicar este concepto a los vehículos submarinos reduciría la resistencia y el consumo de combustible", afirmó Rodrigo Vilumbrales-García, autor colaborador.

Además de reducir la resistencia, el equipo descubrió que los hoyuelos programables también podían generar sustentación. Al activar los hoyuelos en un lado de la esfera, los investigadores crearon una superficie asimétrica que alteró la separación del flujo y desvió la estela. La esfera fue empujada hacia los hoyuelos, lo que permitió un movimiento lateral controlado, como resultado. 

"Me sorprendió que un enfoque tan simple pudiera producir resultados comparables al efecto Magnus, que requiere una rotación continua", dijo Putu Brahmanda Sudarsana, autor colaborador.

A largo plazo, esto podría beneficiar, por ejemplo, a los submarinos robóticos esféricos compactos que priorizan la maniobrabilidad sobre la velocidad para la exploración y la inspección. Normalmente, estos submarinos requieren múltiples sistemas de propulsión, pero este mecanismo podría ayudar a reducir esa necesidad.

Esta innovación podría transformar el diseño de submarinos y drones compactos no tripulados, esos tan esenciales en conflictos como la invasión rusa de Ucrania. El equipo planea colaborar con expertos en ciencia de materiales y robótica blanda para perfeccionar la tecnología de piel adaptativa para aplicaciones prácticas.

Las iteraciones futuras pueden incorporar materiales adaptables que ajusten la textura automáticamente en respuesta a las señales ambientales, lo que permite una adaptabilidad aún mayor.

"Esta tecnología de piel dinámica inteligente podría cambiar las reglas del juego para los vehículos aéreos y submarinos no tripulados, ofreciendo una alternativa liviana, energéticamente eficiente y altamente sensible a las superficies de control articuladas tradicionales", dijo Sareen .

“Al permitir la adaptación en tiempo real a las condiciones cambiantes del flujo, esta innovación promete mejorar la maniobrabilidad, optimizar el rendimiento y abrir nuevas posibilidades para el diseño de vehículos”.