Microm¨¢quinas para ayudar a resolver el espinoso problema de las turbulencias

Como multitudes de diminutos luchadores de yudo entrenados para aprovechar'la fuerza de adversarios mucho m¨¢s fuertes, se est¨¢n desarrollando m¨¢quinas del tama?o de, la cabeza de un alfiler para sustituir, en el control de aviones y barcos, a mecanismos convencionales que consumen mucha energ¨ªa, como los timones. Los sistemas microelectromec¨¢nicos, o MEMS en las siglas inglesas, prometen tambi¨¦n ser un medio para reducir la. resistencia turbulenta al avance que frena a aviones y barcos, dificulta la circulaci¨®n en los vasos sanguineos o complica la administraci¨®n de medicamentos.La turbulencia, la perturbaci¨®n ca¨®tica en remolinos y espirales de un fluido que se desplaza de forma regular, es com¨²n en la vida diaria (en la leche cuando se mezcla con el caf¨¦ en la taza, en las complejas pautas meteorol¨®gicas que barren los cielos de la Tierra y de J¨²piter, en la formaci¨®n de galaxias como la V¨ªa L¨¢ctea), Pero las ecuaciones matem¨¢ticas que utilizan los cient¨ªficos para explicar la turbulencia son tan dif¨ªciles de resolver que hasta hace muy poco s¨®lo eran posibles soluciones aproximadas.

Los problemas pr¨¢cticos planteados por la turbulencia son enormes: resta velocidad y eficiencia de consumo a aviones, barcos, submarinos y torpedos; contribuye a la formaci¨®n de co¨¢gulos en los vasos sangu¨ªneos; dificulta la corriente de agua en las mangueras de incendio y complica de incontables maneras la tecnolog¨ªa.

Pero los viejos problemas han empezado a ceder ante un esfuerzo en dos direcciones. En el frente te¨®rico, una nueva generaci¨®n de ordenadores ha permitido calcular los primeros modelos num¨¦ricos detallados de la turbulencia. En el control pr¨¢ctico, se han incorporado diminutos sensores d¨¦, presi¨®n y temperatura, resortes, motores y min¨²sculas m¨¢quinas en chips de silicio.

Capa l¨ªmite

Cuando las numerosas capas de fluido dentro de una capa l¨ªmite se deslizan una tras otra suavemente en una gradaci¨®n uniforme de velocidades, al flujo resultante se le denomina laminar, y supone una resistencia al avance relativamente baja para el avi¨®n o el barco. Pero el flujo uniforme puede verse interrumpido por un objeto tan peque?o como un insecto aplastado contra el borde de ataque de un ala. Entonces, las capas uniformes de aire forman enmara?ados. remolinos y el flujo es turbulento.

Los logros en la Universida de de California en Los ?ngeles, en Caltech y otros centros hacen pensar en un nuevo planteamiento del problema creando pieles para aviones y barcos que cambien de forma en respuesta a cambios microsc¨®picos en el flujo de los fluidos que los rodean. Este control de la turbulencia utiliza enormes conjuntos de dispositivos microelectromec¨¢nicos bajo control inform¨¢tico para crear superficies de alas o cascos capaces de percibir el inicio de diminutos remolinos turbulentos en una capa limite y de sofocarlos antes. de que se hagan completamente turbulentos.

Chi-Ming Ho, de Caltech, explica que los sensores microsc¨®picos pueden detectar los min¨²sculos cambios en la presi¨®n la temperatura y la fuerza de cizalla que precede a la formaci¨®n de un remolino turbulento en un fluido en movimiento, y transmitir esta informaci¨®n a unos microprocesadores, que accionen peque?as m¨¢quinas para levantar aletas del tama?o de una cabeza de alfiler que eliminan la turbulencia.

Mayor rendimiento

Las microaletas podr¨ªan incluso instalarse, dicen los fisicos, dentro de paletas de turbinas para mejorar el flujo de aire y combustible y para permitir temperaturas m¨¢s altas de funcionamiento en el motor, lo que incrementar¨ªa el rendimiento. Aunque un solo dispositivo MEMS es muy peque?o y puede estropearse f¨¢cilmente con un golpe (una patada, por ejemplo), la enorme cantidad de MEMS que se utilizar¨ªan en el ala de un avi¨®n podr¨ªa absorber parte de la p¨¦rdida sin que se resintiera el rendimiento.

"El cuerpo humano es, en gran parte, una cuesti¨®n de mec¨¢nica de fluidos", explica Ho. "Se podr¨ªan utilizar los MEMS para crear un sistema intravenoso implantable, microsc¨®pico, en el que diminutos sensores qu¨ªmicos controlaran continuamente los niveles en la sangre de medicamentos como la insulina y administraran autom¨¢ticamente dosis correctoras", dice.