El Vuelo De La Abeja
¿Ha oido alguna vez esa historia de que unos científicos calcularon en los años 30 según los parámetros utilizados normalmente en aviación la posibilidad de que una abeja volara y encontraron que era imposible? (En concreto, aunque se cita pocas veces, se atribuye al entomólogo francés Auguste Magnan el haber recogido el análisis de un ingeniero denominado André Saint-Lague, en el año 1934. Ya saben, conviene dar las historias con sus datos completos). Se solía así afirmar que aerodinámicamente, una abeja no podría volar, con ese cuerpo tan grande para las alas tan pequeñas. De hecho, a veces se cuenta la historia con un abejorro, que todo el mundo entiende como menos aerodinámico aún que una simple abeja (a las avispas se las solía dejar aparte, quizá porque causan más respeto que sus parientes...) La anécdota suele encabezar a menudo artículos sobre la sustentación de los aviones, un tema que también es controvertido (hay gente que gusta discutir sobre el sexo de los ángeles, no nos cabe duda, e Internet les ha proporcionado la plataforma ideal para ello). Una de las explicaciones más apasionantes que leí era que la abjea (o abejorro), no sabiendo nada de aerodinámica, podía volar, pero que de haberlo sabido no se habría atrevido.
Otras veces, la moraleja tiene que ver con la incapacidad de la miope ciencia de encontrar sentido a las cosas evidentes. ¿No es delicioso? A menudo, sin embargo, se olvida que no es lo mismo aplicar una fórmula o modelo aerodinámico a una situación de diseño estático, mientras que el diseño de un insecto volante no es una situación estática, sino una dinámica. Se suele explicar con el ejemplo de una bicileta: parada, la bicicleta no es estable, y se cae de lado; en movimiento, no. En "parado", una abeja no puede volar, -podríamos decir, que no planea como un avión de papel, una situación que estáticamente tiene una mejor aerodinámica que una abeja--; en movimiento, la abeja crea una serie de turbulencias que explican su sustentabilidad... ¿Sencillo?
Bueno, lo cierto es que no tanto, porque aunque cualquier físico entiende la "música" del asunto, ponerle la letra a la canción no es tan sencillo. Una segunda forma más elaborada del mito del abejorro habla de la incapacidad de los modelos teóricos y sus desarrollos informáticos para poder demostrar lo anterior. Cosas de la mecánica de fluidos y su complicación teórica pero sobre todo numérica... VIsto lo visto, no es raro que de vez en cuando aparezcan noticias de que finalmente se ha resuelto el misterio. Por ejemplo, el diario Clarín recogía hace unas semanas (4 de noviembre de 2005) el trabajo de un matemático argentino, Fernando Minotti, autor de un modelo matemático que explica la formación de los vórtices turbulentos en torno a las alas del insecto. Como se cita en el texto, ya en los años 90 se había adelantado mucho en la resolución del problema mediante modelos a escala, como los de Charles Ellington o Michael Dickinson (el verdadero desfacedor del entuerto teórico, en 2001 publicaba un interesante artícuilo en Scientific American sobre el asunto)
¿Supone todo esto una revolución para la física? ¿Y para la ingeniería? Realmente, en el primer caso, no. Es interesante entender los complejos procesos aerodinámicos con adecuadas teorías matemáticas porque permitirán la resolución de futuros problemas o misterios, pero, como ya decíamos, el misterio no existía del todo. En el caso de las aplicaciones tecnológicas, el problema para usar el truco de los abejorros para volar en vez de los torpes aviones convencionales, es conseguir estructuras capaces de realizar cientos de movimientos por segundo, batiendo y rotando simultáneamente las alas, como hace un insecto.
Por otro lado, siempre hay quien interprete todo esto como futilidades de la ciencia humana por comprender el inescrutable diseño divino. Por ejemplo, el tipo de tonterías que encuentra en sitios como Apologetic Press.
Viene todo esto a cuento de que esta semana la revista Proceedings of the National Accademy of Sciences incluye un trabajo titulado "Short-amplitude high-frequency wing strokes determine the aerodynamics of honeybee flight", de Douglas L. Altshuler, William B. Dickson, Jason T, Vance, Stephen P. Roberts, and Michael H. Dickinson, que viene a suponer la puntilla al mito de que las abejas no podrían volar, según la ciencia. Porque, analizando la forma en que se generan las diferentes fuerzas aerodinámicas con los movimientos reales de las alas, además de realizando simulaciones robóticas, han comprobado que la clave está no sólo en el aleteo en arcos de entre 145 y 165 grados que realizan (el ángulo varía según la especie), con una frecuencia determinada por el peso del animal, con el que causan vórtices capaces de sustentarlos, sino que algunas especies de insectos (como las abejas) tienen una estrategia alternativa: baten en arcos menores, de 90 grados, pero a frecuencias mayores. Y, y aquí lo fundamental, en un cambio sorprendentemente rápido de la dirección del ala al comenzar cada batida. Los investigadores, por ejemplo, comprobaron cómo volaba una abeja en un medio menos denso que el aire (usaron heliox, un aire en el que el 79% de nitrógeno se sustituye por helio), generando más potencia de sustentación a base de ampliar el arco de batida sin cambiar la frecuencia. Vamos, que a las abejas, les sobra potencia, por si cabía alguna duda. Los autores del artículo especulan que esta habilidad en el "toque" de ala les permite un amplio rango de potencias, y por lo tanto una mayor versatilidad en el vuelo: algo importante para estos insectos, que a menudo acarrean pesos muy grandes a largas distancias.
Así que ya saben: cuando oigan el zumbido de un insecto, sepan que están oyendo el resultado de un proceso físico complejo, que no era bien entendido hasta, relativamente, hace poco. Conocí a una persona con oído natural capaz de dictaminar con mucha precisión la frecuencia de batido de un insecto, sin más que darse cuenta del tono de su zumbido. Ya saben 440 Hz es el La4, 880 Hz el La5... de ahí a Rimsky-Korsakov va poco.
Algún enlace
Un sorprendente ejercicio poco respetuoso con los animales para ver realmente cómo vuela un abejorro, en Entomology Notes.
Desde luego, se debe escuchar a Rimsky-Korsakov mientras se lee esta entrada. (La versión enlazada es del Classic Jazz Quartet, como de 1940. Otra versión, en piano MIDI o muchas otras versiones).