Los pingüinos papúa son las aves nadadoras más rápidas del mundo, registrando velocidades máximas bajo el agua de hasta 36 km/h (alrededor de 22 mph). Eso se debe a que sus alas se han convertido en aletas ideales para moverse por el agua (aunque bastante inútiles para volar en el aire). Los físicos ahora han utilizado el modelado computacional de la hidrodinámica de las alas de los pingüinos para obtener información adicional sobre las fuerzas y los flujos que esas alas crean bajo el agua. Llegaron a la conclusión de que la capacidad del pingüino para cambiar el ángulo de sus alas mientras nada es la variable más importante para generar empuje, según un artículo reciente publicado en la revista Physics of Fluids.
«La capacidad de natación superior de los pingüinos para arrancar/frenar, acelerar/desacelerar y girar rápidamente se debe a sus alas que se mueven libremente», dijo el coautor Prasert Prapamonthon del Instituto de Tecnología King Mongkut Ladkrabang en Bangkok, Tailandia. «Permiten que los pingüinos propulsarse y maniobrar en el agua y mantener el equilibrio en tierra. Nuestro equipo de investigación siempre siente curiosidad por las criaturas sofisticadas de la naturaleza que serían beneficiosas para la humanidad”.
Los científicos han estado interesados durante mucho tiempo en el estudio de los animales acuáticos. Dicha investigación podría conducir a nuevos diseños que reduzcan la resistencia de los aviones o helicópteros. O puede ayudar a construir robots bioinspirados más eficientes para explorar y monitorear entornos submarinos, como RoboKrill, un pequeño robot impreso en 3D con una sola pierna diseñado para imitar el movimiento de las patas del krill para que pueda moverse sin problemas en entornos submarinos.
Las especies acuáticas han evolucionado de diferentes formas para optimizar su eficiencia mientras se desplazan por el agua. Por ejemplo, los tiburones mako pueden nadar tan rápido como de 70 a 80 mph, lo que les valió el apodo de «guepardos del océano». En 2019, los científicos demostraron que un factor importante en la forma en que los tiburones mako pueden moverse tan rápido es la estructura única de su piel. Tienen diminutas escamas translúcidas, de aproximadamente 0,2 milímetros de tamaño, llamadas «dentículos» por todo el cuerpo, especialmente concentradas en los flancos y las aletas del animal. Las escamas son mucho más flexibles en esas áreas en comparación con otras regiones como la nariz.
Eso tiene un efecto profundo en el grado de presión que arrastra el tiburón mako mientras nada. El arrastre de presión resulta de la separación del flujo alrededor de un objeto, como un avión o el cuerpo de un tiburón mako mientras se mueve a través del agua. Es lo que sucede cuando el flujo de fluido se separa de la superficie de un objeto, formando remolinos y vórtices que impiden el movimiento del objeto. Los dentículos de la piel del tiburón pueden flexionarse en ángulos de más de 40 grados desde su cuerpo, pero solo en la dirección del flujo inverso (es decir, desde la cola hasta la nariz). Esto controla el grado de separación del flujo, similar a los hoyuelos en una pelota de golf. Los hoyuelos, o escamas en el caso del tiburón mako, ayudan a mantener el flujo adherido alrededor del cuerpo, reduciendo el tamaño de la estela.
Los camarones de hierba de pantano maximizan el empuje hacia adelante gracias a la rigidez y al aumento del área de superficie de su pata. También tienen dos mecanismos para reducir la resistencia: las piernas son aproximadamente el doble de flexibles durante la brazada de recuperación y se doblan mucho, lo que resulta en una interacción menos directa con el agua y una estela reducida (vórtices más pequeños); y en lugar de tres patas que se mueven por separado, sus patas se mueven esencialmente como una sola, lo que reduce significativamente la resistencia.
También se han realizado numerosos estudios que examinan la biomecánica, la cinemática y la forma de las aletas de los pingüinos, entre otros factores. Prapamonthon y otros. específicamente quería profundizar en la hidrodinámica de cómo el aleteo genera empuje hacia adelante. Según los autores, los animales acuáticos suelen emplear dos mecanismos principales para generar empuje en el agua. Uno se basa en la resistencia, como el remo, y es muy adecuado para moverse a velocidades más bajas. Para velocidades más altas, emplean un mecanismo basado en sustentación, el aleteo, que ha demostrado ser más eficiente para generar propulsión.