imitando alas de pájaros
Una vista del diseño del ala con la tapa quitada para demostrar los detalles intrincados de la estructura interior. Crédito de la imagen: NIELS AAGE
Por Michael Lucy, para Cosmos Octubre 05 de 2017
En la rebanada abierta de un hueso de pelícano y usted encontrará que la cáscara dura se apoya adentro por poco más que una tela airy (porosa) de filamentos de hueso. Los ingenieros daneses que usan superordenadores para encontrar una estructura óptima para un ala de avión han llegado a un resultado sorprendentemente similar.
El diseño podría hacer un ala 2-5% más ligera que los diseños existentes, escriben Niels Aage y colegas en la Universidad Técnica de Dinamarca en un artículo publicado en Nature esta semana. Para un avión del tamaño de un Boeing 777, esto podría significar un ahorro de entre 40 y 200 toneladas de combustible cada año.
La innovación real de la investigación es el detalle sin precedentes de la computación, que tomó 8000 procesadores varios días para completar: el modelo está compuesto por más de mil millones de elementos sólidos, o voxels. (Los intentos anteriores, usando apenas unos cinco millones de voxels, produjeron resultados insatisfactorios.)
"Es un estudio interesante en términos de gran escala", dice Gareth Vio, ingeniero aeroespacial de la Universidad de Sydney. "Es común hacer esto en dinámica de fluidos, pero no por estructura".
El enfoque utilizado por el equipo danés se conoce como "morfogénesis computacional". Su objetivo es superar los límites de los diseños basados en intuiciones humanas mediante la descripción matemática de un problema, como hacer el ala más ligera posible de cierta forma y material que pueda soportar ciertas fuerzas, y dejar que el ordenador genere una forma que lo resuelva.
Es un proceso gradual que se aproxima a una solución a través de cientos de iteraciones, cada una un poco mejor que la anterior. Aage dice que es como si la computadora está programada para caminar siempre cuesta arriba -- pero "camina en el Himalaya en una pesada niebla sólo llevando una pequeña linterna capaz de brillar un metro adelante".
El interior de un hueso de un pelícano. Crédito de la imagen: GILBERT S GRANT / GETTY
La semejanza del producto final con los huesos de los pájaros no es del todo sorprendente, ya que ellos también son el resultado de un largo proceso iterativo - la evolución - que abordó esencialmente el mismo problema de fuerza versus ligereza.
"Las aves han estado haciendo esto por mucho más tiempo de lo que tenemos", dijo Vio, "y son bastante buenos en ello".
Vio también señala el trabajo de Mike Xie y Grant Steven, quienes desarrollaron técnicas similares en la Universidad de Sydney en la década de 1990 (aunque con mucho menos poder de cálculo). También se encontraron repitiendo los descubrimientos de la evolución: calculaban que la forma óptima para un objeto que cuelga en el aire, por ejemplo, es prácticamente idéntica a una cereza.
Hay un gran problema con el diseño del ala: "Sería muy difícil construir con las tecnologías actuales", dice Aage. Sin embargo, dice que el enfoque giga-voxel ya se está aplicando en otras áreas de la ingeniería, como el diseño de puentes. Y espera que algunas partes del modelo de ala, como costillas curvas y diagonales, puedan inspirar nuevas vías de investigación para los ingenieros estructurales.
Vio duda de lo nuevo que son algunas de estas características. "Boeing ya tiene una patente para los vástagos curvos", dice. Sin embargo, añade: "Llegará un momento en el que será capaz de extruir algo como esto de una impresora 3D gigante. Es la evolución de la tecnología ".
N.T.
La biomimesis (de bio, "vida", y mimesis, "imitar" ), también conocida como biomimética o biomimetismo, es la ciencia que estudia a la naturaleza como fuente de inspiración de nuevas tecnologías innovadoras para resolver aquellos problemas humanos que la naturaleza ha resuelto, a través de modelos de sistemas (mecánica) o procesos (química), o elementos que imitan o se inspiran en ella.
Biomimesis es el término más utilizado en literatura científica e ingeniería para hacer referencia al proceso de entender y aplicar a problemas humanos soluciones procedentes de la naturaleza, en forma de principios biológicos, de biomateriales de cualquier otra índole. La naturaleza, el universo, le lleva al ser humano millones de años de ventaja en cualquier campo; es por ello que es más ventajoso copiarla que intentar superarla, como es el caso del kevlar, semejante a biotejidos como la seda de araña. Otro ejemplo simple es la cabeza tractora de ciertos trenes de alta velocidad cuya forma aerodinámica se basa en la de la cabeza de cierta especie de patos.
Actualmente, campos emergentes de la ciencia, como la nanotecnología y la ingeniería biomédica, están utilizando métodos de síntesis novedosos en el intento de imitar la síntesis de autoensamblaje con altos rendimientos que la naturaleza ha desarrollado durante millones de años.
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El uso de grandes datos y resultados de supercomputación en componentes de aeronaves potencialmente mucho más eficientes,
informa Michael Lucy.
Una vista del diseño del ala con la tapa quitada para demostrar los detalles intrincados de la estructura interior. Crédito de la imagen: NIELS AAGE
Por Michael Lucy, para Cosmos Octubre 05 de 2017
En la rebanada abierta de un hueso de pelícano y usted encontrará que la cáscara dura se apoya adentro por poco más que una tela airy (porosa) de filamentos de hueso. Los ingenieros daneses que usan superordenadores para encontrar una estructura óptima para un ala de avión han llegado a un resultado sorprendentemente similar.
El diseño podría hacer un ala 2-5% más ligera que los diseños existentes, escriben Niels Aage y colegas en la Universidad Técnica de Dinamarca en un artículo publicado en Nature esta semana. Para un avión del tamaño de un Boeing 777, esto podría significar un ahorro de entre 40 y 200 toneladas de combustible cada año.
La innovación real de la investigación es el detalle sin precedentes de la computación, que tomó 8000 procesadores varios días para completar: el modelo está compuesto por más de mil millones de elementos sólidos, o voxels. (Los intentos anteriores, usando apenas unos cinco millones de voxels, produjeron resultados insatisfactorios.)
"Es un estudio interesante en términos de gran escala", dice Gareth Vio, ingeniero aeroespacial de la Universidad de Sydney. "Es común hacer esto en dinámica de fluidos, pero no por estructura".
El enfoque utilizado por el equipo danés se conoce como "morfogénesis computacional". Su objetivo es superar los límites de los diseños basados en intuiciones humanas mediante la descripción matemática de un problema, como hacer el ala más ligera posible de cierta forma y material que pueda soportar ciertas fuerzas, y dejar que el ordenador genere una forma que lo resuelva.
Es un proceso gradual que se aproxima a una solución a través de cientos de iteraciones, cada una un poco mejor que la anterior. Aage dice que es como si la computadora está programada para caminar siempre cuesta arriba -- pero "camina en el Himalaya en una pesada niebla sólo llevando una pequeña linterna capaz de brillar un metro adelante".
El interior de un hueso de un pelícano. Crédito de la imagen: GILBERT S GRANT / GETTY
La semejanza del producto final con los huesos de los pájaros no es del todo sorprendente, ya que ellos también son el resultado de un largo proceso iterativo - la evolución - que abordó esencialmente el mismo problema de fuerza versus ligereza.
"Las aves han estado haciendo esto por mucho más tiempo de lo que tenemos", dijo Vio, "y son bastante buenos en ello".
Vio también señala el trabajo de Mike Xie y Grant Steven, quienes desarrollaron técnicas similares en la Universidad de Sydney en la década de 1990 (aunque con mucho menos poder de cálculo). También se encontraron repitiendo los descubrimientos de la evolución: calculaban que la forma óptima para un objeto que cuelga en el aire, por ejemplo, es prácticamente idéntica a una cereza.
Hay un gran problema con el diseño del ala: "Sería muy difícil construir con las tecnologías actuales", dice Aage. Sin embargo, dice que el enfoque giga-voxel ya se está aplicando en otras áreas de la ingeniería, como el diseño de puentes. Y espera que algunas partes del modelo de ala, como costillas curvas y diagonales, puedan inspirar nuevas vías de investigación para los ingenieros estructurales.
Vio duda de lo nuevo que son algunas de estas características. "Boeing ya tiene una patente para los vástagos curvos", dice. Sin embargo, añade: "Llegará un momento en el que será capaz de extruir algo como esto de una impresora 3D gigante. Es la evolución de la tecnología ".
N.T.
La biomimesis (de bio, "vida", y mimesis, "imitar" ), también conocida como biomimética o biomimetismo, es la ciencia que estudia a la naturaleza como fuente de inspiración de nuevas tecnologías innovadoras para resolver aquellos problemas humanos que la naturaleza ha resuelto, a través de modelos de sistemas (mecánica) o procesos (química), o elementos que imitan o se inspiran en ella.
Biomimesis es el término más utilizado en literatura científica e ingeniería para hacer referencia al proceso de entender y aplicar a problemas humanos soluciones procedentes de la naturaleza, en forma de principios biológicos, de biomateriales de cualquier otra índole. La naturaleza, el universo, le lleva al ser humano millones de años de ventaja en cualquier campo; es por ello que es más ventajoso copiarla que intentar superarla, como es el caso del kevlar, semejante a biotejidos como la seda de araña. Otro ejemplo simple es la cabeza tractora de ciertos trenes de alta velocidad cuya forma aerodinámica se basa en la de la cabeza de cierta especie de patos.
Actualmente, campos emergentes de la ciencia, como la nanotecnología y la ingeniería biomédica, están utilizando métodos de síntesis novedosos en el intento de imitar la síntesis de autoensamblaje con altos rendimientos que la naturaleza ha desarrollado durante millones de años.
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