El vuelo ondulante de la mariposa monarca podrá ahorrar energía a los drones

En un hallazgo que podría beneficiar el diseño de los drones, la premiada investigación de un estudiante de doctorado de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), Madhu Sridhar, muestra que las rutas de vuelo ondulantes de las mariposas monarca son en realidad más eficientes en cuanto a energía que una ruta en línea recta.

Madhu Sridhar modeló y analizó el consumo de energía de las mariposas monarca mientras trabajaba en el laboratorio (ATOM) (Autonomous Tracking Optical Measurement) de la UAH bajo la dirección del Dr. Chang-kwon Kang, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, y el Dr. Brian Landrum, profesor asociado y presidente asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial.

El descubrimiento de que una trayectoria de vuelo ondulante consumía menos energía puede ser valioso en el diseño bioinspirado de drones robóticos en miniatura de largo alcance.

"Uno de los objetivos subyacentes de nuestro estudio es desarrollar un dron que pueda volar tanto tiempo como una mariposa monarca migratoria", dijo Sridhar. "La migración anual de las mariposas monarca es la más larga entre los insectos. Puede ser de 3.000 kilómetros de distancia. Ni siquiera los drones de última generación pueden alcanzar estos largos alcances".

Los investigadores utilizaron un modelo analítico simplificado de mariposa en el estudio, centrándose en la interacción dinámica entre la aerodinámica del ala y la dinámica del cuerpo, dijo Sridhar, procedente de Bangalore, India.

De izquierda a derecha, el Dr. Brian Landrum, Madhu Sridhar y el Dr. Chang-kwon Kang con sus premios AIAA. (Foto: Michael Mercier / UAH)

"El trabajo muestra que este modelo concuerda razonablemente bien con los datos experimentales", dijo. "Usamos cámaras de rastreo de movimiento para grabar una serie de trayectorias de vuelo y movimientos de las alas y el cuerpo de las mariposas monarca en nuestro laboratorio ATOM".

Si hay ventajas en la trayectoria ondulante que usan las mariposas, ¿por qué no la usan las abejas o las moscas?

"Este estudio muestra que los movimientos coordinados de las alas y el cuerpo siguiendo una trayectoria accidentada requieren una menor potencia para un ala que aletea a la escala de la monarca", dijo. "Para los insectos más pequeños este beneficio de potencia se reduce, que es probablemente la razón por la que vuelan en una trayectoria recta".

Si las mariposas utilizan un patrón de vuelo biológicamente predeterminado o simplemente ondulaciones aleatorias es una de las muchas preguntas para futuras investigaciones. Sridhar también está investigando cómo las mariposas seleccionan las altitudes de vuelo.

"Se sabe que las monarcas vuelan a diferentes alturas desde el nivel del suelo a lo largo de su ruta de migración, lo cual nos parece muy interesante", dice. "No sabemos por qué eligen volar más alto en lugar de a las alturas del nivel del suelo".

A mayores altitudes, la reducción de la densidad del aire puede beneficiar el vuelo de la monarca, teorizan los científicos.

"Así que, para probar esto, hemos realizado experimentos con mariposas monarca dentro de la gran cámara de vacío en el Centro de Investigación de Propulsión de la UAH, donde registramos los vuelos en aire de menor densidad, hasta 4.000 metros sobre el nivel del mar", dijo Sridhar. "Esto nos ayuda a observar cómo cambian los movimientos de sus alas y su cuerpo al bajar la densidad del aire".

Además, los investigadores están usando simulaciones por computadora para investigar cómo el aire de baja densidad afecta la flexibilidad de las alas de la Monarca. (Fuente: NCYT Amazings)