Como todos sabemos, la naturaleza es una fuente de referencia e inspiración para encontrar soluciones a problemas tecnológicos con los que nos enfrentamos diariamente.
¿Te imaginas un tiburón con alas? Obviamente es algo que se aleja de la realidad, pero lo que sí es cierto es que la piel del rey de los océanos puede ser clave en aeronáutica para reducir el consumo de combustible de las aeronaves gracias a una mayor eficiencia.
Pero antes de entrar al detalle de cómo sería posible esta idea, es necesario entender qué tiene de especial un escualo para su desplazamiento rápido en el medio acuático.
La imitación de la piel de tiburón en las superficies de las aeronaves puede suponer una reducción notable de la fricción y, consecuentemente, un incremento de su eficiencia.
Lo primero que llama la atención es su forma aerodinámica, común con el resto de los peces, lo que les permite desplazarse muy rápidamente con un gasto mínimo de energía. Pero en su caso, el secreto para ser el más rápido está también en su piel. No en vano, la especie acuática más veloz del mundo es el tiburón mako (o marrajo), que puede desplazarse hasta alcanzar los 124 kilómetros por hora.
Seguro que has visto muchos tiburones a través de fotos o videos, pero para entender como su piel lo ayuda a ser tan rápido tienes que ponerla bajo las lentes de un microscopio. Paradójicamente, la misma piel que le ayuda a ser más rápido al desplazarse por un fluido, al tacto resulta ser muy áspera. Es muy similar a la sensación que tendrías si acaricias un papel de lija. Esto se debe a que no se trata de escamas como las convencionales que podemos observar en cualquier otro pez, sino que son placas con forma de diente.
Las escamas “placoideas” de los tiburones tienen una característica sorprendente: finas crestas elevadas, o “costillas”, a lo largo de cada escama. Estas costillas están alineadas de tal forma que forman pequeñas crestas que recorren el cuerpo del tiburón longitudinalmente. A pesar de que las crestas solo miden unos cuantos micrómetros, se ha demostrado que reducen la fricción cuando el tiburón nada, pudiendo hacerlo más rápido usando la misma cantidad de energía.
En este mismo sentido, se ha evidenciado que los tiburones que nadan más despacio debido a las necesidades del entorno en el que habitan, tienen menos crestas en sus alargadas y puntiagudas escamas.
El estudio de la piel de los escualos se inició en 1970 por el paleontólogo y biólogo evolutivo alemán Wolf-Ernst Reif, quien recalcó la reducción de la resistencia al flujo que producen las escamas del tiburón. Finalmente, tras casi medio siglo se ha iniciado un prometedor camino con la aplicación de esta tecnología en la aeronáutica.
El camino no ha sido fácil, se han probado prototipos con diferentes materiales y posicionamiento de los dentículos, siendo de gran ayuda las impresoras 3D que han facilitado que el proyecto ofreciese conclusiones fiables.
En los estudios más recientes, la reproducción en laboratorio de la piel de tiburón ha arrojado datos muy claros: la fricción con el fluido circundante se reduce de forma muy evidente.
En una experiencia realizada en la Universidad de Harvard los investigadores llegaron a la conclusión de que con esa estructura se puede conseguir un aumento de la velocidad de hasta un 6,6% a la vez que se reduce la energía necesaria para conseguirlo.
Para llegar a esta conclusión, pegaron muestras de una piel artificial de tiburón a ambos lados de una lámina flexible. La idea era que la muestra pudiera mantenerse quieta en medio de un flujo de agua o simular el movimiento de un escualo. A continuación, midieron las fuerzas ejercidas alternativamente sobre la lámina inmóvil y en movimiento.
El resultado fue que la imitación de la piel de tiburón redujo la fricción un 8,7% cuando el agua fluía a baja velocidad. Con una velocidad de flujo más alta, la piel de tiburón produjo un 15% más de resistencia que una membrana lisa. Sin embargo, cuando se comenzó a mover la lámina simulando el movimiento de un pez durante su desplazamiento, el desempeño de la piel del tiburón mejoró significativamente, aumentando la velocidad en un 6,6% con una reducción de energía gastada de un 5,9%.
Se podría decir que disminuye la resistencia al avance de su cuerpo al dificultar la adherencia del fluido que lo rodea sobre la superficie de su piel debido al espacio existente ente cada dentículo.
Por esta razón, los estudios iniciales sobre este animal crearon tantas expectativas en relación con las aplicaciones que podría llegar a tener. Sus principales características se pusieron de manifiesto de forma más intensa tras estudios realizados en las universidades de Harvard (Cambridge) y Emory (Atlanta), que fueron:
- Reducción de la fricción,
- Aumento de la velocidad,
- Reducción del gasto de energía.
Las primeras aplicaciones relevantes de diseños que emulaban la piel de tiburón fueron los bañadores utilizados por profesionales de la natación. Tales fueron los espectaculares resultados obtenidos durante los Juegos Olímpicos de 2008 y sucesivos que ocasionaron el veto de cierto tipo de tejidos en estas competiciones.
Pero su evolución no se paró ahí, ya que desde el principio se vieron las enormes posibilidades que ofrecía esta tecnología para las industrias naval y aeronáutica.
Y centrándonos en esta última, la compañía aérea alemana Lufthansa fue quien primero apostó seriamente por esta tecnología.
En el año 2019 se realizaron las primeras pruebas sobre una parte del fuselaje de un Boeing 747–400 de esta compañía, obteniendo como resultado una reducción de la fricción sobre el aeroplano de hasta un 0.8%.
Podría parecer poco relevante, casi imperceptible. Pero si tenemos en cuenta la cantidad de horas que un avión se encuentra operativo, los cálculos indican un ahorro anual de muchas toneladas de combustible. Esto no solo repercutiría positivamente en la economía de cualquier compañía aérea, sino también en la disminución de la huella de carbono, una asignatura esencial para las próximas décadas tanto en la aeronáutica como en el resto de las industrias.
Tras el paréntesis de la pandemia del coronavirus, se sigue investigando para expandir esta tecnología sobre el resto de las partes del avión y de otros modelos de aeronaves. Los grandes fabricantes mundiales también tienen proyectos abiertos en este sentido.
En caso de ser viable extender esta tecnología a toda la flota aeronáutica, se ahorraría gran cantidad de combustible, siendo un paso más para llegar al hito de reducir a cero la huella de carbono aeronáutica para el año 2050.
Aunque aún queda un largo camino para seguir desarrollando esta investigación, los resultados hacen mirar con optimismo al futuro, donde las aerolíneas podrían mejorar sus economías a la vez que se avanza en la descarbonización de la industria aeronáutica. Se podría catalogar como un total “win to win”.
Hace unos meses Lufthansa Technik compartió un vídeo en el que se explicaban algunas de las características y ventajas de esta propuesta para mejorar la eficiencia de las aeronaves. Puedes verlo haciendo clic aquí.
