Si alguna vez has visto el Planeta Tierra, sabes que el océano es un lugar salvaje para vivir. El agua se combina con diferentes ecosistemas y organismos que varían en complejidad, desde un pulpo erudito hasta una estrella de mar. Inesperadamente, es la estrella de mar., un organismo simple caracterizado por un sistema nervioso descentralizado, que ofrece información sobre la adaptación avanzada a las fuerzas hidrodinámicas, las fuerzas creadas por la presión y el flujo del agua.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería de USC Viterbi encontraron que las estrellas de mar permanecen unidas de manera efectiva a las superficies bajo cargas hidrodinámicas extremas al alterar su forma. Los investigadores, incluido el Henry Salvatori Early Career Chair in Aerospace and Mechanical Engineering Mitul Luhar y el estudiante de doctorado Mark Hermes, encontraron que las estrellas de mar crean una "carga aerodinámica" debido a su forma. Esto significa que en lugar de ser elevadas por las fuerzas del flujo, las estrellas de mar son empujadas hacia abajo, hacia la superficie de la roca o del suelo en la que se encuentran.
Las estrellas de mar son increíblemente adaptables, dijo Luhar, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la USC Viterbi. "Cuando hay actividad de olas altas y fuerzas de agua altas, las estrellas de mar se vuelven más delgadas y adquieren un perfil más bajo.la estrella de mar es transportada a un entorno protegido con fuerzas hidrodinámicas más bajas, se levantan un poco y sus secciones transversales se agrandan ".
Comprender tal cambio de forma podría ayudar a diseñar robots submarinos que puedan adaptarse de manera similar a entornos hidrodinámicos extremos, dijo Luhar.
Interacción entre forma y fuerza
Los investigadores probaron esta comprensión de la forma de la estrella de mar y su impacto en la fuerza en el agua tanto con modelos computacionales como impresos en 3-D. Lo que notamos de inmediato, dijo Luhar, es que en lugar de que las estrellas de mar se tiraranlejos de las superficies en las que estaban, estaban siendo empujados hacia abajo, simplemente por su forma ".
Luhar dijo que los investigadores vieron este efecto de carga aerodinámica como la clave de cómo la estrella de mar, y en el futuro, un robot submarino, podría permanecer adherida a un lecho marino o una roca en lugar de ser alejada de ella, inclusoen las condiciones más extremas.
Los investigadores también probaron otras formas. Con un cono o una cúpula, dijo Luhar, el agua fluye hacia arriba y luego hacia abajo, siguiendo los contornos de la forma razonablemente bien. Con el flujo finalmente empujando hacia abajo, una fuerza igual y opuestase crea, lo que resulta en un efecto de elevación general. Con la forma de estrella de mar, que es similar a una cuña triangular, el agua fluye hacia arriba, con los ángulos en cada lado actuando como una rampa que empuja el agua lejos de su superficie.
"A medida que la estrella de mar aleja el flujo, el flujo crea una fuerza igual y opuesta que empuja hacia abajo sobre la estrella de mar", dijo Luhar. "Un cono o una esfera no crea el mismo 'efecto de rampa' y, por lo tanto, lo haceno crear una carga aerodinámica similar. "
Para obtener una comprensión tridimensional completa de cómo se ven los campos de fuerza, Luhar dijo que usan los modelos computacionales para iluminar aún más lo que presenciaron con las formas impresas en 3-D. De las formas que consideraron, Luhar dijo que la cúpula esféricatuvo el peor desempeño en términos de sustentación en comparación con la carga aerodinámica, es decir, tuvo el peor desempeño al permanecer adherido a la superficie inferior o al suelo.
Robótica suave
El siguiente paso es estudiar una estructura blanda que pueda transformarse en tiempo real, dijo Luhar. Hermes está trabajando en el desarrollo de esta estructura actualmente. La clave de su diseño es permitir que responda en el canal de agua, dijo Luhar, dándole asíla capacidad de adaptar su forma según sea necesario para permanecer adherido a una roca o lecho marino, o alternativamente, para permitir que se eleve con el flujo de agua.
"Digamos que el agua cambia de velocidad", dijo Luhar. "Podemos determinar qué forma sería la mejor y el robot podría cambiar su forma en consecuencia".
En última instancia, dijo Luhar, la idea es comprender cómo desarrollar un robot que funcione con el flujo, en lugar de luchar a través de él.
"Si podemos aprovechar el entorno circundante en lugar de luchar contra él, también podemos generar más ganancias de eficiencia y rendimiento", dijo Luhar.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Sur de California . Original escrito por Avni Shah. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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