Los entusiastas de la pizza saben bien que una simple curvatura en forma de U en la corteza puede evitar que una rebanada delgada se caiga cuando se levanta de un plato. Un equipo de ingenieros de la Universidad de Brown ha demostrado que los peces pueden aprovechar aproximadamente la misma dinámica paraendurecer sus aletas para nadar.
Usando un modelo matemático y la aleta pectoral de caballa como ejemplo ilustrativo, los investigadores muestran cómo se puede cambiar la rigidez de la aleta aplicando una curvatura en forma de U en la base de la aleta. El efecto, dicen los investigadores, podría ser la base de la capacidad de los pecespara nadar a velocidades muy variables en todo tipo de corrientes con gran maniobrabilidad.
"Una forma de ser más maniobrable es tener la capacidad de generar cantidades variables de fuerza en el agua cuando se agita una aleta", dijo Shreyas Mandre, profesora asistente en la Escuela de Ingeniería de Brown y coautora de la investigación."Creemos que los peces modulan la curvatura en la base de la aleta para hacerla más rígida o más suave, lo que altera la fuerza que generan en el agua, lo que a su vez puede ser la base de parte de su maniobrabilidad".
La investigación se realizó en colaboración con Khoi Nguyen y Madhusudhan Venkadesan de la Universidad de Yale, Ning Yu de UCLA y Mahesh M. Bandi del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa. Se describe en el Revista de la interfaz de la Royal Society .
El modelo matemático que desarrollaron Mandre y sus colegas se aplica a una gran clase de peces conocidos como Actinopterygii. Estas son especies de peces con aletas en forma de abanico hechas de huesos largos y flexibles unidos por un tejido blando elástico.
En general, dicen los investigadores, se supone que la rigidez de estas aletas se calcula por la rigidez a la flexión de cada hueso multiplicada por el número de huesos. Pero esa simple imagen ignora la interacción mecánica entre los huesos flexibles y la piel elástica,que podría producir mucha más rigidez de lo que sugeriría el modelo simple. Esa interacción también resulta ser el mecanismo a través del cual los peces cambian la rigidez de una aleta a través de la curvatura en la base.
Los investigadores observaron escaneos de micro-CT de conjuntos de huesos en aletas de caballa, que son ampliamente representativos de peces con aletas radiadas. Mostraron que la forma de los huesos los hace doblarse más fácilmente en direcciones particulares, y que cada hueso es "preferido"la dirección de flexión está ligeramente desalineada con respecto a los huesos adyacentes. Según su modo matemático, esta disposición significa que cuando se aplica una fuerza a través de una aleta, los huesos se doblan colectivamente de una manera que hace que se separen.resistido por el tejido elástico que une los huesos, y es esa resistencia la que endurece toda la aleta.
La forma en que esta arquitectura transmite fuerzas es muy similar a la forma en que las fuerzas se transmiten en una rebanada de pizza que se curva en la corteza y se vuelve más rígida a lo largo de su longitud. Solo en este caso, el efecto de la curvaturaestá "horneado" en la aleta, lo que significa que tiene los beneficios mecánicos de una curva incluso cuando es plana. Aplicar una curvatura real en la base de la aleta aumentaría el efecto de rigidez.
"Entonces, al ajustar la curvatura, los peces podrían alterar rápida y dramáticamente la fuerza con la que podrían empujar el agua, lo que podría hacerlos más maniobrables", dijo Mandre.
Los investigadores dicen que su modelo sugiere posibilidades intrigantes para el diseño de nadadores robóticos.
"Estos resultados nos ayudan a comprender la importancia funcional de la curvatura en las aletas de los peces", dijo Mandre. "De esa manera, proporciona un principio de diseño que potencialmente podemos usar para desarrollar apéndices robóticos para propulsión acuática altamente maniobrable".
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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