Una mosca robótica desvela los secretos del vuelo de los insectos

El misterio de cómo vuelan los insectos pequeños, que los ingenieros aeronáuticos no habían conseguido resolver, ha empezado a ser desvelado por una mosca robótica fabricada por científicos de la Universidad de California. Robofly es un modelo a escala mayor que la natural de las alas de una mosca, que, al ser movidas por motores, indican las fuerzas generadas y los inestables mecanismos aerodinámicos tan difíciles de comprender. El ingenio está programado para imitar el aleteo de las moscas y los investigadores pueden medir las fuerzas de sustentación que se generan mediante sensores de fuerza en la unión del ala con el cuerpo.

Dado que el aire fluye alrededor de una gran masa de forma diferente que alrededor de una pequeña masa, el equipo de investigadores tuvo que utilizar un fluido más viscoso que el aire para imitar su efecto, así que sumergió el aparato en dos toneladas de aceite mineral.

Los resultados pueden ser importantes para el diseño de pequeños vehículos voladores de gran maniobrabilidad.

En 1996, Charles Ellington de la Universidad de Cambridge hizo un experimento similar con una polilla robótica. Hasta entonces todo el mundo sabía que los insectos aletean y que los aviones no lo hacen, pero nadie podía entender el efecto del aleteo, y el vuelo de los pájaros y de los murciélagos se explicaba satisfactoriamente como una sucesión de situaciones como las que mantienen a los aviones en el aire. La mariposa mecánica de Cambridge reveló sin embargo, que el secreto está en el aleteo, ya que ello produce turbulencias circulantes que se mueven por el ala, desde el cuerpo hasta el extremo, como pequeños tornados puestos de lado y que desplazan el aire hacia abajo en el borde del ala al crear un zona de baja presión sobre ella. Los torbellinos se producen mediante un ingenioso proceso por el cual el insecto situá brevemente el ala con un gran ángulo respecto al flujo del aire. Si se prolonga, se produce pérdida de sustentación, pero si se hace durante muy poco tiempo, genera el flujo de aire en forma de hélice observado. En los grandes insectos, pues, existe otro mecanismo además del que hace volar a los aviones.

Dos mecanismos

Ahora, Michael H. Dickinson y sus colegas han identificado y publican en la revista Science otros dos mecanismos imprescindibles para que los pequeños insectos puedan mantenerse en el aire. Lo que Robofly ha mostrado es que el ala rota rápidamente al pasar del movimiento hacia arriba al movimiento hacia abajo y viceversa. Esta rotación produce un torbellino de la misma forma que una barca en movimiento en aguas calmas puede producir torbellinos tras de sí. El hecho es que la mosca logra volver a capturar con las alas parte de la energía que produce en forma de torbellino en este movimiento. La combinación de ambos mecanismos proporciona la gran maniobrabilidad observada en los pequeños insectos, que muchas veces son capaces de volar con cargas que igualan su peso corporal y moverse con enorme precisión incluso hacia abajo, sin que su tamaño, muchas veces minúsculo representa un problema. De hecho el problema con el tamaño, y que impedía aplicar la aerodinámica al vuelo de los insectos, es que a medida que se reduce el tamaño la relación entre las fuerzas inerciales y la viscosidad del fluido se hace cada vez más desfavorable para el vuelo.

A pesar de que la mayoría de los estudios de Dickinson y su equpo han imitado la dinámica del vuelo de la mosca del vinagre, también han mostrado que aleteos muy cortos hacen que los dos mecanismos ahora encontrados se conviertan en los principales para poder volar. El mecanismo del que se sirven las mariposas apenas cuenta en este caso. Esto explicaría la precisión del vuelo de algunos insectos distintos de la mosca cuyo modelo ha permitido empezar a desvelar las inmunerables variantes del vuelo de los insectos y a pensar en posibles aplicaciones.