Un revolucionario diseño de ala de avión, ensamblada a partir de cientos de diminutas piezas idénticas, permite cambiar su forma para controlar el vuelo de forma más eficiente. El nuevo diseño del ala se probó en un túnel de viento de la NASA y se describe en un artículo en la revista 'Smart Materials and Structures'.
En lugar de requerir superficies móviles separadas, como alerones, para controlar el giro y la inclinación del avión, como hacen las alas convencionales, el nuevo sistema de ensamblaje permite deformar toda la ala, o partes de ella, incorporando una mezcla de rígido y flexible Componentes en su estructura. Los pequeños subconjuntos, que se atornillan entre sí para formar una estructura de celosía abierta y liviana, se cubren con una capa delgada de material de polímero similar a la estructura.
El resultado es un ala que es mucho más ligera y, por lo tanto, mucho más eficiente en el uso de la energía, que las que tienen diseños convencionales, ya sean de metal o composites, según los investigadores. Debido a que la estructura, compuesta por miles de pequeños triángulos de puntales de cerillas, está compuesta principalmente de espacio vacío, forma un "metamaterial" mecánico que combina la rigidez estructural de un polímero similar a la goma y la extrema ligereza y baja densidad de un aerogel.
Benjamin Jenett, autor de la investigación 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-- tiene su propio conjunto de parámetros óptimos de ala, por lo que una ala convencional es necesariamente un diseño general que no está optimizado para ninguna de las fases de vuelo, y por lo tanto, sacrifica la eficiencia. Un ala que es constantemente deformable podría proporcionar una mejor aproximación de la mejor configuración para cada etapa.
Si bien sería posible incluir motores y cables para producir las fuerzas necesarias para deformar las alas, el equipo ha dado un paso más y ha diseñado un sistema que responde automáticamente a los cambios en sus condiciones de carga aerodinámica cambiando su forma, una especie de proceso de reconfiguración pasiva autoajustable del ala.
"Podemos ganar eficiencia al hacer coincidir la forma con las cargas en diferentes ángulos de ataque", dice Cramer, el autor principal del artículo. "Podemos producir exactamente el mismo comportamiento que harías activamente, pero lo hicimos de forma pasiva".
Todo esto se logra mediante el diseño cuidadoso de las posiciones relativas de los puntales con diferentes cantidades de flexibilidad o rigidez, diseñados para que el ala, o secciones de ella, se doblen de maneras específicas en respuesta a tipos particulares de tensiones.
El coautor Kenneth Cheung y otros demostraron el principio básico subyacente hace unos años, produciendo un ala de aproximadamente un metro de largo, comparable al tamaño de un modelo de avión a control remoto típico. La nueva versión, unas cinco veces más larga, es comparable en tamaño al ala de un avión monoplaza real y podría ser fácil de fabricar.
Si bien esta versión fue ensamblada a mano por un equipo de estudiantes graduados, el proceso repetitivo está diseñado para ser fácilmente realizado por un enjambre de robots de ensamblaje autónomos, pequeños y simples. El diseño y las pruebas del sistema de ensamblaje robótico son el tema de un próximo artículo, dice Jenett. Las partes individuales para el ala anterior se cortaron utilizando un sistema de chorro de agua, y Jenett tardó varios minutos en hacer cada parte. El nuevo sistema utiliza moldeo por inyección con resina de polietileno en un complejo molde tridimensional, y produce cada parte, esencialmente un cubo hueco formado por puntales del tamaño de una cerilla a lo largo de cada borde, en solo 17 segundos, --dice--, mucho más cerca de los niveles de producción escalables.
"Ahora tenemos un método de fabricación", dice. Si bien hay una inversión inicial en herramientas, una vez hecho esto, las piezas son baratas", afirma. "Tenemos cajas y cajas de ellas, todas iguales".
La celosía resultante, dice, tiene una densidad de 5,6 kilogramos por metro cúbico. A modo de comparación, el caucho tiene una densidad de alrededor de 1.500 kilogramos por metro cúbico. "Tienen la misma rigidez, pero la nuestra tiene menos de aproximadamente una milésima parte de la densidad", dice Jenett.
