El Estudio sobre la Piel de Tiburón Revela Ideas para Mejorar la Eficiencia de Aviones y Barcos

Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio han descubierto detalles sobre cómo los grandes tiburones blancos reducen la resistencia, lo que podría llevar a avances en el diseño de aviones y barcos. Su estudio explora cómo las estructuras únicas de la piel del tiburón, conocidas como denticles dérmicos, desempeñan un papel clave en la minimización de la fricción mientras el tiburón nada a diversas velocidades.

La piel del gran tiburón blanco está cubierta con diminutas estructuras similares a dientes que le ayudan a moverse eficientemente a través del agua. Estos denticles varían en forma, tamaño y espaciado, permitiendo al tiburón mantener altas velocidades durante la caza y recorrer largas distancias con un gasto mínimo de energía.

Investigaciones previas han utilizado las dentículas de los tiburones como inspiración para desarrollar riblets—pequeñas crestas unidireccionales—para aviones y veleros. Sin embargo, Tokio Tech News informa que la variación en la forma, tamaño y espaciado de las dentículas a lo largo del cuerpo de un tiburón complica la comprensión. Esta variación hace que sea un desafío entender completamente cómo estos factores impactan colectivamente en la reducción de la resistencia al avance.

Este nuevo estudio destaca cómo diferentes alturas de crestas en estas dentículas contribuyen a esta reducción de la resistencia al avance. Las crestas medias altas son particularmente efectivas a velocidades más bajas, ayudando a un crucero eficiente, mientras que las crestas laterales bajas se vuelven más importantes durante ráfagas de caza de alta velocidad.

Al desarrollar modelos 3D de estas dentículas, el equipo de Tokyo Tech pudo analizar cómo la altura y el espaciado de las crestas afectan a la reducción de la resistencia al avance. Sus descubrimientos sugieren que la combinación de crestas altas y bajas permite al tiburón manejar una amplia gama de velocidades de nado de manera eficiente.

El Profesor Asociado Hiroto Tanaka, autor principal del estudio, explica, “Nuestros cálculos sugieren que la combinación de crestas altas y bajas de las dentículas es el resultado de la adaptación a velocidades de nado tanto lentas como rápidas, lo que ofrece robustez a diversas condiciones de nado”

Las investigadoras utilizaron un escáner de rayos X microfocal. Este escáner creó modelos 3D detallados de las dentículas. Luego analizaron estos modelos para entender cómo el diseño de las dentículas afecta la reducción del arrastre. El estudio se basa en investigaciones anteriores sobre la dinámica de fluidos. Esta investigación demostró que las aristas de las dentículas ayudan a levantar vórtices turbulentos lejos de la piel del tiburón. Como resultado, se reduce el arrastre por fricción.

Tanaka añade, “Las aristas altas probablemente reducen el arrastre a velocidades de nado bajas, y las aristas alternas altas y bajas reducen el arrastre a velocidades de nado altas, cubriendo toda la gama de velocidades de nado. Nuestro método de cálculo también se puede aplicar a otros tiburones, incluyendo especies extintas.”

Esta investigación no solo destaca la eficiencia de los tiburones modernos, sino que también abre potencial para la innovación en los campos de la ingeniería. Al imitar las estructuras de los denticles que se encuentran en los tiburones, los ingenieros pueden diseñar costillas para aviones y barcos que reducen la resistencia y mejoran el rendimiento, muy similar a cómo los tiburones logran una eficiencia de natación óptima.