Así es como los camarones de hierba de pantano reducen la resistencia al nadar

Por ejemplo, un camarón de hierba de pantano que nada libremente (Palaemonetes vulgaris) se mueve hacia adelante utilizando la locomoción metacrónica para reducir la resistencia. Los camarones de hierba de pantano (Palaemonetes vulgaris) son nadadores impresionantemente rápidos y ágiles, como puede atestiguar cualquiera que los vea lanzándose a través de las piscinas de marea de la playa. Nils Tack, becario postdoctoral en la Universidad de Brown, estudia la biomecánica y la dinámica de fluidos de cómo estas pequeñas criaturas logran la hazaña. Presentó sus últimos hallazgos en una reunión reciente de la Sociedad Estadounidense de Física sobre dinámica de fluidos en Indianápolis. Esencialmente, el camarón usa sus patas flexibles y poco espaciadas para reducir significativamente la resistencia. Los hallazgos ayudarán a los científicos a diseñar robots bioinspirados más eficientes para explorar y monitorear entornos submarinos. Tack es biólogo de formación y actualmente trabaja en el laboratorio de Monica Wilhelmus. A principios de este año, el grupo presentó RoboKrill, un pequeño robot impreso en 3D con una sola pierna diseñado para imitar el movimiento de las piernas del krill (Euphasia superba) para que pueda moverse suavemente bajo el agua. Por supuesto, el robot es significativamente más grande que el krill real, de hecho, unas 10 veces más grande. Pero mantener y estudiar el krill en el laboratorio es un desafío. La «pierna» de RoboKrill copió la estructura de los nadadores de krill con un par de apéndices accionados por engranajes, y Wilhelmus et al. usó imágenes de alta velocidad para medir el ángulo de sus apéndices mientras se movía a través del agua. RoboKrill no solo produjo patrones similares al krill real, sino que también pudo imitar la dinámica de natación de otros organismos ajustando los apéndices. Esperan algún día usar el robot para monitorear bancos de krill en la naturaleza. Con respecto al estilo de natación de los camarones de hierba de pantano, estudios previos mostraron que las criaturas podían maximizar el empuje hacia adelante gracias a la rigidez y al aumento de la superficie de sus patas. Esta investigación trató las piernas (también conocidas como pleópodos) esencialmente como paletas o placas planas que empujan el agua. Pero nadie prestó mucha atención a cómo se flexionan las piernas durante las brazadas de recuperación. «Es un sistema muy complejo», dijo Tack durante una sesión informativa en la reunión. «Estamos tratando de acercarnos [the topic] mirando desde dos ángulos, mirando el fluido y mirando las propiedades mecánicas de las patas”. Video del flujo generado por un camarón de hierba de pantano durante la locomoción metacrónica usando velocimetría de imagen de partículas de campo claro. Específicamente, Tack y sus colegas inocularon el agua con partículas microscópicas que les permitieron rastrear y calcular la velocidad y la dirección de las características del flujo, usaron velocimetría de imagen de partículas de campo claro (PIV) para visualizar el flujo de fluido alrededor de los batidores de los camarones. También estudiaron las propiedades mecánicas. «No es una tarea fácil, ya que cada pata es del tamaño de un grano de arena». «Básicamente, presionamos las patas con una fuerza conocida para ver cómo se flexionan», dijo Tack. Primero, encontraron una gran diferencia en los patrones entre el golpe de potencia, que produce empuje, y el golpe de recuperación, por virada. «Descubrimos que las piernas son aproximadamente el doble de flexibles durante la brazada de recuperación y se doblan mucho. Se mantienen casi horizontales en relación con la dirección en la que nadan». El resultado es una interacción menos directa con el agua y una estela reducida (vórtices más pequeños), en contraste con la brazada de potencia, donde la pierna permanece muy rígida para maximizar la interacción con el agua. En segundo lugar, la agrupación de los pleópodos durante la brazada de recuperación también resultó significativa». piernas a la posición original, las mantienen juntas el 100 por ciento del tiempo», dijo Tack. Esto es posible gracias a la flexibilidad que crea un sello hermético entre las piernas de los camarones. Entonces, en lugar de tener tres piernas moviéndose por separado, sus piernas se mueven esencialmente como uno, lo que reduce en gran medida la resistencia. Aletean seis veces por segundo durante horas. piernas, así que es potencialmente mucha energía que no están desperdiciando», dijo Tack. Él y sus colegas adaptarán su diseño de robot inspirado en los camarones de hierba en consecuencia. Imagen de oferta del Smithsonian Environmental Research Center/CC BY 2.0

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