Echa un vistazo a esta trucha nadando río arriba. ¿Notas algo inusual?
Crédito de la imagen: Beal, et al. Passive propulsion in vortex wakes. Journal of Fluid Mechanics
Probablemente hayas visto algo similar en innumerables ocasiones; el pez se retuerce contra las corrientes que lo empujan hacia atrás, avanzando lentamente hasta que gira y se agacha fuera de la influencia de la corriente. No hay nada especial en eso.
Lo único es que este pez en particular está muerto.
Sí, has leído bien. Por muy realista que parezca mientras ondula por el tanque, esa misma trucha se iría de vientre si se desconectara la corriente. Un equipo de investigadores del MIT y de Harvard se sorprendió igualmente cuando descubrió este fenómeno por accidente. Habían estado estudiando el modo en que las truchas vivas conservan la energía nadando detrás de obstáculos que bloquean la corriente*, y colocaron involuntariamente un pez muerto en el montaje experimental. Cuando lo observaron más de cerca, se quedaron perplejos.
«Fue increíble, muy contrario a la intuición», dice el investigador del MIT Michael Triantafyllou, al describir la conmoción que sintió al ver al pez nadando río arriba. Explica que, aunque sabía que las truchas son buenas conservando e incluso extrayendo energía, no tenía ni idea de que fueran capaces de extraer suficiente energía del fluido circundante para nadar río arriba sin gastar nada de su propia energía. Inmediatamente, el equipo comenzó a investigar este nuevo fenómeno, aparentemente imposible.
Resulta que los objetos que bloquean el flujo natural del agua, como una roca o un barco, crean una serie de complejos vórtices en la corriente mientras el agua navega por el obstáculo. Como sabe cualquiera que haya intentado agarrar un pez, éste es bastante flexible en toda su espina dorsal, lo que permite que la cabeza y la cola se muevan independientemente una de otra. En determinadas situaciones, el conjunto de vórtices que se forma tras un obstáculo hace que el cuerpo y la cola se agiten en resonancia. Esto inclina el cuerpo de tal manera que los vórtices, que provocan una caída de presión, aplican una fuerza de succión que impulsa al pez hacia delante.
Conocido como «calle de vórtices», este comportamiento fluido surge en una amplia gama de escalas: desde los ríos hasta los cielos.
Imagen: Cesareo de la Rosa Siqueira
Como explica Triantafyllou, «hay un flujo detrás del obstáculo, que crea una corriente continua de remolinos. Cada remolino contiene energía y también hace que la presión del fluido disminuya… el remolino hace que el cuerpo se agite hacia adelante y hacia atrás, y el pez consigue extraer energía». Dado que toda la energía es suministrada por los remolinos, no importa en absoluto si el pez está vivo o muerto, si el momento resulta ser el adecuado.
En un mundo en el que siempre intentamos mejorar la eficiencia, este descubrimiento tiene implicaciones obvias para los vehículos acuáticos. De hecho, Triantafyllou afirma que un gran factor limitante en nuestra exploración de los océanos es el hecho de que los dispositivos robóticos que se suelen emplear tienden a tener una duración de batería muy corta, normalmente de sólo 8 horas. La creación de nuevos dispositivos inspirados en las truchas permitiría eliminar esta limitación.
Por supuesto, hay una pega. Este grupo de investigadores tuvo mucha suerte al descubrir el fenómeno, ya que para que el pez extraiga suficiente energía de la corriente para superar su propio arrastre, debe colocarse con mucho cuidado: si está demasiado lejos, los vórtices no son lo suficientemente potentes; si está demasiado cerca, la succión del obstáculo lo arrastra. Cuando prepararon el experimento con una trucha muerta, dieron accidentalmente con el punto óptimo, pero, como comenta Triantafyllou, «si quieres hacerlo en la vida real, no puedes confiar en los accidentes». En cambio, los peces vivos tienen unos sensores extraordinarios que les permiten crear un mapa del flujo del agua para poder ajustar sus posiciones y ser lo más energéticamente favorables posible.
Está claro que antes de que la próxima generación de robots pueda comenzar sus exploraciones, tendremos que equiparlos con sensores similares. Aunque el proyecto de los peces muertos se completó hace más de una década, Triantafyllou trabaja actualmente con sus socios Gabriel Weymouth (de la Universidad de Southampton) y Jianmin Miao (de la Universidad Tecnológica de Nanyang) para desarrollar esta tecnología, inspirándose una vez más en la naturaleza.
Uno de sus proyectos examina la «línea lateral» de los peces, un órgano evidenciado por una hilera de escamas punteadas a lo largo de los costados del pez que puede detectar la velocidad y la presión del agua a su alrededor. Aunque la estructura física de las unidades sensoriales se conoce bastante bien -simplemente, se trata de haces de células ciliadas encapsuladas en un material gelatinoso-, resulta extremadamente difícil realizar los cálculos necesarios para reconstruir un mapa espacial a partir de las entradas de cada sensor.
Otro enfoque prometedor procede, en cambio, de la foca de puerto. Estos depredadores tienen unos bigotes extremadamente sensibles que pueden detectar las perturbaciones dejadas por una presa potencial hasta 30 segundos después de su paso. También es capaz de distinguir la forma básica (cuadrada, triangular) de un objeto que se mueve por el agua. El grupo de Triantafyllou consiguió imprimir en 3D «bigotes» modelados a partir de los reales, que tienen una cualidad «ondulada» al variar su diámetro.
Este trabajo, que incorpora elementos de biología, mecánica de fluidos e ingeniería, es sólo un ejemplo de biomimética, un campo que ha aportado innovaciones como el velcro y el vidrio seguro para las aves. Tal y como lo describe Triantafyllou, la biomimética consiste en «aprender de los organismos naturales de forma gratuita para dar con soluciones realmente ingeniosas». La idea es que, dado que la evolución es esencialmente un gigantesco sistema de optimización -la selección del diseño corporal más eficiente para nadar río arriba, por ejemplo-, podemos aprovechar las soluciones de ingeniería que ya se han desarrollado a través de este proceso. Está claro que este tesoro de ingenio orgánico es un tremendo recurso natural que sólo hemos empezado a aprovechar.
-Eleanor Hook
*Por cierto, la hipótesis es que ésta es la razón por la que los peces nadan en bancos; los que nadan siguiendo la estela de sus compañeros gastan mucha menos energía de la que gastarían de otro modo. Para saber más sobre esto, consulta nuestro podcast y post de 2015: «Bandas y fluidos»