Para construir máquinas mais aerodinâmicas, os pesquisadores estão se inspirando em uma fonte improvável:o oceano.

Uma equipe de biólogos evolucionistas e engenheiros da Universidade de Harvard, em colaboração com colegas da Universidade da Carolina do Sul, lançaram luz sobre um mistério de décadas sobre a pele de tubarão e, no processo, demonstrou um novo, estrutura bioinspirada que poderia melhorar o desempenho aerodinâmico de aviões, turbinas eólicas, drones e carros.

A pesquisa é publicada no Interface do Jornal da Royal Society .

Tubarões e aviões não são tão diferentes assim. Ambos são projetados para se moverem de forma eficiente através do fluido (água e ar), usando a forma de seus corpos para gerar sustentação e diminuir o arrasto. A diferença é, os tubarões têm cerca de 400 milhões de anos de vantagem no processo de design.

“A pele dos tubarões é coberta por milhares e milhares de pequenas escamas, ou dentículos, que variam em forma e tamanho ao redor do corpo, "disse George Lauder, o Professor Henry Bryant Bigelow de Ictiologia e Professor de Biologia no Departamento de Biologia Organísmica e Evolutiva, e coautor da pesquisa. "Sabemos muito sobre a estrutura desses dentículos - que são muito semelhantes aos dentes humanos - mas a função tem sido debatida."

A maioria das pesquisas se concentrou nas propriedades de redução do arrasto dos dentículos, mas Lauder e sua equipe se perguntaram se havia mais nessa história.

"Nós perguntamos, e se, em vez de reduzir principalmente o arrasto, essas formas particulares eram, na verdade, mais adequadas para aumentar a sustentação, "disse Mehdi Saadat, um pós-doutorado em Harvard e co-primeiro autor do estudo. Saadat tem um cargo conjunto em Engenharia Mecânica na University of South Carolina.

Para ajudar a testar essa hipótese, os pesquisadores colaboraram com uma equipe de engenheiros da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS). Para inspiração, eles se voltaram para o mako de atum curto, o tubarão mais rápido do mundo. Os dentículos do mako têm três arestas elevadas, como um tridente. Usando a varredura micro-CT, a equipe fotografou e modelou os dentículos em três dimensões. Próximo, eles 3-D imprimiram as formas na superfície de uma asa com uma seção transversal aerodinâmica curva, conhecido como aerofólio.

"Os aerofólios são o principal componente de todos os dispositivos aéreos, "disse August Domel, um Ph.D. estudante em Harvard e co-autor do artigo. "Queríamos testar essas estruturas em aerofólios como uma forma de medir seu efeito na sustentação e arrasto para aplicações no projeto de vários dispositivos aéreos, como drones, aviões, e turbinas eólicas. "

Os pesquisadores testaram 20 configurações diferentes de tamanhos de dentículos, fileiras e posições de fileiras em aerofólios dentro de um tanque de fluxo de água. Eles descobriram que, além de reduzir o arrasto, as estruturas em forma de dentículo aumentaram significativamente a elevação, agindo como de alta potência, geradores de vórtice de baixo perfil.

Mesmo que você não saiba o que é um gerador de vórtice, você já viu um em ação. Carros e aviões são equipados com esses pequenos, Dispositivos passivos projetados para alterar o fluxo de ar sobre a superfície de um objeto em movimento para torná-lo mais aerodinâmico. A maioria dos geradores de vórtice no campo hoje tem um simples, design em forma de lâmina.

"Esses geradores de vórtice inspirados em tubarões alcançam melhorias na taxa de sustentação e arrasto de até 323 por cento em comparação com um aerofólio sem geradores de vórtice, "disse Domel." Com estes designs de prova de conceito, demonstramos que esses geradores de vórtice bioinspirados têm o potencial de superar os projetos tradicionais. "

"Você pode imaginar esses geradores de vórtice sendo usados ​​em turbinas eólicas ou drones para aumentar a eficiência das pás, "disse Katia Bertoldi, William e Ami Kuan Danoff Professor de Mecânica Aplicada na SEAS e co-autor do estudo. "Os resultados abrem novos caminhos para melhorias, projetos aerodinâmicos bioinspirados. "

"Esta pesquisa não apenas descreve uma nova forma para geradores de vórtice, mas também fornece uma visão sobre o papel de dentículos de tubarão complexos e potencialmente multifuncionais, "disse Lauder.