Estudio del Vuelo de Semillas Autorrotantes

Abstract

Diversas clases de plantas utilizan el viento para trasladar sus semillas a grandes distancias desde su lugar de origen. A lo largo de millones de años de evolución, cierto tipo de semillas desarrollaron especies de “órganos aérodinámicos” tales como las alas, que les permiten a estas verdaderas “estructuras volantes” generar suficiente fuerza de sustentación para mantenerse en vuelo durante un tiempo mientras caen. Estudios publicados, mayormente, por biólogos reportan esencialmente dos configuraciones morfológicas diferentes de semillas aladas: unas se limitan a ejecutar un movimiento de autorrotación a medida que descienden, mientras que otras rotan además respecto a su eje longitudinal. Este fenómeno de la naturaleza ha inspirado la concepción de micro vehículos aéreos basados en el mecanismo de autorrotación como principal instrumento de generación de sustentación.
En este trabajo se presenta una revisión bibliográfica sobre el estado del arte concerniente a la cinemática y aerodinámica de las semillas voladoras y una formulación matemática que permite estudiar en detalle la cinemática de las semillas autorrotantes en su movimiento de descenso hacia el suelo. Además, se presenta un código de computación interactivo que sirve como nexo entre el lenguaje “descriptivo” utilizado por los biólogos y el lenguaje “predictivo” usado por los ingenieros. El código desarrollado facilita grandemente el estudio y análisis de los patrones cinemáticos asociados al vuelo de diferentes “semillas aladas” y está previsto continuar su desarrollo para incluir un modelo aerodinámico que permita caracterizar los principales parámetros cinemáticos que intervienen en la transición entre la caída libre y el inicio de la autorrotación y estudiar la influencia de esos parámetros en la tasa de descenso. Como caso de estudio se presentan resultados de una simulación numérica relativa a las trayectorias espaciales que describen diferentes puntos pertenecientes al ala de una semilla autorrotante y se muestran curvas para el módulo de la velocidad de tales puntos. El modelo desarrollado en este esfuerzo es la base sobre la cual se pretende posteriormente acoplar un modelo aerodinámico no estacionario y un modelo dinámico no lineal con el objeto de estudiar el fenómeno de las semillas voladoras que aún presenta muchos interrogantes.
El fin último de esta línea de investigación es desarrollar herramientas de simulación para estudiar la dinámica y aerodinámica de semillas autorrotantes, y desarrollar sistemas dinámicos finitos para estudiar la aeroservoelasticidad de micro-vehículos aéreos basados en esta nueva filosofía de diseño.