La NASA y el MIT fabrican un nuevo tipo de ala flexible que cambia de forma durante el vuelo

Un equipo de ingenieros de la NASA y del Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT) ha construido y probado un tipo de ala de avi¨®n radicalmente nueva, ensamblada a partir de cientos de diminutas piezas id¨¦nticas, que le permite cambiar de forma durante el vuelo para controlar las maniobras de la aeronave, y hacer m¨¢s eficiente la producci¨®n y el mantenimiento, seg¨²n los investigadores.

Las alas de la NASA en lugar de requerir superficies m¨®viles separadas, como alerones, para controlar el giro y la inclinaci¨®n del avi¨®n, como hacen las alas convencionales, con su nuevo sistema de ensamblaje permite deformar toda el ala, o partes de ella, incorporando una mezcla de componentes r¨ªgidos y flexibles en su estructura. Estos peque?os subconjuntos, que se atornillan entre s¨ª para formar una estructura de celos¨ªa abierta y liviana, se cubren con una capa delgada de material de pol¨ªmero similar a la estructura.

El resultado es un ala que es mucho m¨¢s ligera y, por lo tanto, mucho m¨¢s eficiente en el uso de la energ¨ªa, que las que tienen dise?os convencionales, ya sean de metal o composites (fibras de vidrio, carbono, boro o cer¨¢mica). Debido a que la estructura, compuesta por miles de peque?os tri¨¢ngulos como puntas de cerillas, permite que la mayor¨ªa de la superficie sea espacio vac¨ªo, se forma un "metamaterial" mec¨¢nico que combina la rigidez estructural de un pol¨ªmero similar a la goma y la extrema ligereza y baja densidad de un aerogel, indican sus creadores. El nuevo enfoque de la construcci¨®n del ala podr¨ªa permitir una mayor flexibilidad en el dise?o y la fabricaci¨®n de futuros aviones, y ya se prob¨® en un t¨²nel de viento de la NASA.

Adaptable al despegue y aterrizaje

Benjamin Jenett, uno de los autores de la investigaci¨®n como estudiante graduado en el Center for Bits and Atoms del MIT, explica en un comunicado que cada una de las fases de un vuelo (despegue y aterrizaje, crucero, maniobras, etc¨¦tera), tiene su propio conjunto de par¨¢metros ¨®ptimos de ala, por lo que un ala convencional es necesariamente un dise?o general que no est¨¢ optimizado para ninguna de las fases de vuelo, y por lo tanto, sacrifica la eficiencia. Un ala que es constantemente deformable podr¨ªa proporcionar una mejor aproximaci¨®n de la mejor configuraci¨®n para cada etapa.

Si bien ser¨ªa posible incluir motores y cables para producir las fuerzas necesarias para deformar las alas, el equipo ha dado un paso m¨¢s all¨¢ y ha dise?ado un sistema que responde autom¨¢ticamente a los cambios en sus condiciones de carga aerodin¨¢mica modificando su forma, en un proceso autoajustable de reconfiguraci¨®n pasiva del ala.

"Podemos ganar eficiencia al hacer coincidir la forma con las cargas en diferentes ¨¢ngulos de ataque", dice Nicholas Cramer de la NASA, y autor principal del art¨ªculo publicado en la revista Smart Materials and Structures.

La versi¨®n anterior

Kenneth Cheung, alumno del MIT y otro autor del art¨ªculo, estuvo ya implicado hace unos a?os en la producci¨®n de un ala de aproximadamente un metro de largo, comparable al tama?o de un modelo de avi¨®n a control remoto t¨ªpico. La nueva versi¨®n, unas cinco veces m¨¢s larga, es comparable en tama?o al ala de un avi¨®n monoplaza real y podr¨ªa ser f¨¢cil de fabricar, seg¨²n los investigadores.

Si bien esta versi¨®n fue ensamblada a mano por un equipo de estudiantes graduados, el proceso repetitivo est¨¢ dise?ado para ser f¨¢cilmente realizado por un enjambre de robots de ensamblaje, aut¨®nomos, peque?os y simples.

Las partes individuales para el ala anterior se cortaron utilizando un sistema de chorro de agua, y se tard¨® varios minutos en hacer cada parte. El nuevo sistema utiliza moldeo por inyecci¨®n con resina de polietileno en un complejo molde tridimensional, y produce cada parte, esencialmente un cubo hueco formado por puntas del tama?o de una cerilla a lo largo de cada borde, en solo 17 segundos.

La celos¨ªa resultante tiene una densidad de 5,6 kilogramos por metro c¨²bico. A modo de comparaci¨®n, el caucho tiene una densidad de alrededor de 1.500 kilogramos por metro c¨²bico. "Tienen la misma rigidez, pero la nuestra tiene menos de aproximadamente una mil¨¦sima parte de la densidad", dice Jenett.

Debido a que la configuraci¨®n general del ala u otra estructura se construye a partir de peque?as subunidades, realmente no importa cu¨¢l sea la forma. "Puedes hacer cualquier geometr¨ªa que quieras. El hecho de que la mayor¨ªa de los aviones tengan la misma forma, esencialmente un tubo con alas, "se debe a los gastos. No siempre es la forma m¨¢s eficiente", a?ade.

La nueva ala fue dise?ada para ser tan grande como la que pudiese acomodarse en el t¨²nel de viento de alta velocidad de la NASA en el Centro de Investigaci¨®n de Langley, donde tuvo unos resultados un poco mejores incluso de lo previsto, dice Jenett. El mismo sistema podr¨ªa usarse para hacer otras estructuras tambi¨¦n, incluidas las palas de aerogeneradores similares a las alas, donde la capacidad de hacer el ensamblaje en el sitio podr¨ªa evitar los problemas de transporte de palas cada vez m¨¢s largas. Se est¨¢n desarrollando ensamblajes similares para construir estructuras espaciales, y eventualmente podr¨ªan ser ¨²tiles para puentes y otras estructuras de alto rendimiento.

El equipo incluy¨® investigadores de la Universidad de Cornell, la Universidad de California en Berkeley, la Universidad de California en Santa Cruz, el Centro de Investigaci¨®n Langley de la NASA, la Universidad de Tecnolog¨ªa de Kaunas en Lituania y los servicios t¨¦cnicos en Moffett Field, California. El trabajo fue apoyado por el Programa de Soluciones Aeron¨¢uticas Convergentes de la ARMD de la NASA (Proyecto MADCAT) y el Centro MIT para Bits y ?tomos.