Publicado en Science: Las aves fósiles Archaeopteryx y Confuciusornis no eran capaces de volar

Las aves fósiles Archaeopteryx (145 Ma., jurásico tardío), y Confuciusornis (120 Ma., cretácico temprano) tenían alas emplumadas parecidas a las de las aves que viven en la actualidad, sin embargo, sus capacidades de vuelo todavía siguen siendo inciertas. Un análisis publicado en Science sugiere que los raquis de sus plumas primarias eran mucho más delgadas y débiles que las de las aves modernas, por lo que sugiere que dichas aves no eran capaces de volar. Os recuerdo que el  cañón o raquis de una pluma típica es la parte central que le sirve de eje y tiene el aspecto de una caña hueca. El raquis es fundamental para dar rigidez a la pluma y mantenerla firme. Un raquis demasiado débil sugiere que las plumas no pueden ser utilizadas para volar, ni batiendo las alas, ni planeando, pues se romperían debido a la fuerza de sustentación. La única posibilidad de que Archaeopteryx y Confuciusornis pudieran volar sería que los raquis de sus plumas primarias tuvieran una sección transversal sólida y no hueca con como en las aves modernas. Este estudio complementa a estudios anteriores que habían mostrado que las alas de estas aves fósiles sí eran capaces de generar una fuerza de sustentación aerodinámica suficiente para permitirles volar. El nuevo estudio sugiere que las primeras aves que fueron capaces de volar divergieron de los Confuciusornis durante el cretácico. El resultado más importante del artículo técnico de Robert L. Nudds, Gareth J. Dyke, “Narrow Primary Feather Rachises in Confuciusornis and Archaeopteryx Suggest Poor Flight Ability,” Science 328: 887-889, 14 May 2010, es la tabla que os presento más abajo en la que se compara el momento (de fuerza) de fractura de las plumas principales con el momento de sustentación de las alas de varias aves fósiles, mostrando que muchas de ellas deberían partirse en vuelo.

PS: La noticia “Las primeras aves, torpes como un pavo,” ABC.es, 13 mayo 2010, incluye una bonita imagen de Todd Marshall de la reconstrucción de un Archaeopteryx [visto en Menéame].

Un ciclista escapado en grupo tiene ventaja aerodinámica aunque no le den relevos

 

Las escapadas en solitario y en grupo son parte sustancial del ciclismo en ruta. Los relevos se realizan para no castigar con el ritmo de la carrera al corredor que va primero. Sorprende que para él es mejor ir en grupo que en solitario ya que necesita desarrollar un 5% menos de potencia gracias a la aerodinámica en bloque del grupo de ciclistas en fila india. Además, cuando mayor sea el grupo de los corredores en fila india más ventaja aerodinámica adquiere el primer corredor y de hecho todos los demás. Lo han descubierto con simulaciones aerodinámicas dos físicos de la Universidad de Salamanca. El primer corredor en un grupo de 3 (o 5) en fila necesita un 96% (o 95%) de la potencia que necesitaría en solitario para mantenerse a una velocidad de 54 km/h. El artículo técnico es A. Íñiguez-de-la Torre, J. Íñiguez, “Aerodynamics of a cycling team in a time trial: does the cyclist at the front benefit?,” European Journal of Physics 30: 1365-1369, 2009. 

La potencia mecánica que ha de desarrollar un ciclista para alcanzar una velocidad dada depende de las fuerzas de resistencia aerodinámica que ha se superar. Un ciclista en una competición en ruta alcanza fácilmente los 50 km/h. La estadística en grandes carreras como el Tour de Francia muestran que la máxima velocidad que alcanza un corredor en solitario es menor que la alcanza en equipo (hasta un 10% mayor). La figura derecha-abajo muestra la potencia (en watios) que un ciclista en solitario necesita desarrollar en función de su velocidad (en m/s) obtenida a partir de estudios experimentales. Para alcanzar velocidades mayores de 40 km/h se requiere desarrollar una potencia de más de 300 W. El coeficiente que multiplica a la potencia cúbica de la velocidad (0.21 en la figura) depende mucho de la geometría efectiva del ciclista, tanto de la postura que adopta y los complementos que usa para sí y para la bicicleta, como de la presencia de otros ciclistas cercanos. Influye mucho si el ciclista va en un pelotón (grupo compacto), en fila india o “apilados” en diagonal (que se usa cuando hay viento lateral).

El estudio aerodinámico de un ciclista individual o de un equipo utilizando una geometría detallada requiere simulaciones numéricas tridimensionales de alto coste. Los autores han estudiado la aerodinámica bidimensional (en un plano), utilizando un túnel de viento virtual (el programa shareware MicroCFD) y un modelo muy simplificado de la geometría de un ciclista, una elipse. El campo de fuerzas de arrastre (drag) que han obtenido numéricamente se observa en la figura que abre esta entrada (figuras en color) para un ciclista en solitario y tres en fila india. La potencia que ha desarrollar cada ciclista depende de dicho campo de fuerzas de arrastre y se presenta en la tabla que se muestra en la figura (abajo-izquierda), normalizada para que un ciclista en solitario necesite una potencia del 100%. En un grupo de 9 ciclistas en fila india, el primero necesita desarrollar sólo el 95% de dicha potencia, el segundo un 67%, los 6 restantes el 66% y el último de la fila un 68%. Por tanto, para conseguir la máxima velocidad al mínimo esfuerzo para todos, no sólo se debe relevar al primero de la fila, sino también al último.

Un trabajo de física elemental que puede ser reproducido fácilmente por alumnos en un primer curso de física (siempre que se tenga acceso al programa MicroCFD u otro software freeware para Computational Fluid Dynamics o CFD)

Demostraciones prácticas de la ley de Bernoulli

Dibujo20090807_first_demostration_bernoulli_law_Airstream_Past_Two_Bowling_Balls

Una demostración ideal para una clase de física de la Ley de Bernoulli utiliza dos bolas de las usadas en el juego de los bolos (bowling), colgadas en forma de péndulo, separadas por cierta distancia, y un secador de pelo. Al encendender el secador dirigiendo el aire entre la separación de las dos bolas, muchos alumnos pensarán que estas deberían separarse, sin embargo, se acercarán, debido a que la presión entre las bolas se reduce cuando el aire se mueve rápidamente (la famosa ley de Bernoulli). La distancia entre las bolas depende de la velocidad que el secador imprima al aire, con un poco de práctica se determina fácilmente la distancia máxima que garantiza que se acerquen (lo que dota de más espectacularidad al experimento). Nos lo cuentan Harold Cohen, David Horvath, “Two Large-Scale Devices for Demonstrating a Bernoulli Effect,” The Physics Teacher 41: 9-11, January 2003 (disponible gratis aquí, .uba.ar).

Este tipo de demostraciones son espectaculares pero tienen un problema: los alumnos deben saber cuándo es aplicable la ley de Bernoulli y que no siempre es cierto que un flujo de aire rápido viene acompañado de una bajada de la presión. La diferencia de presión en la ley de Bernouilli debe ser tangencial al flujo de aire, siguiendo las líneas de corriente del flujo, nunca transversal. Un experimento sencillo que lo ilustra aparece en Martin Kamela, “Thinking About Bernoulli,” The Physics Teacher 45: 379-381, September 2007.

Un manómetro y un tubo de plástico conectado a un tapón de goma al que adherimos parcialmente un pedazo de cinta adhesiva (para observar que el aire fluye). El manómetro medirá la diferencia de presión en el extremo del tubo respecto a la presión atmosférica. Con una fuente constante de aire obtenemos un flujo que pasará sobre la superior del tapón de goma, que ofrecerá una superficie plana que canalice las líneas de corriente. Ver la figura siguiente. Cuando el tubo no sobresale del tapón, como el flujo de aire es tangencial a la apertura del tubo, estaremos midiendo la presión (estática) del aire transversal al flujo, que para una corriente de aire es la misma que la presión atmosférica (como se ve en la parte izquierda de la figura siguiente). Cuando el tubo sobresale sobre el tapón, observamos que la presión dentro del tubo es ahora más baja que la presión atmosférica. ¿Estamos midiendo la diferencia de presión a lo largo del flujo de aire? Obviamente, no.

Dibujo20090807_second_demostration_bernoulli_law_not_applicable_for_transversal_Airstream_flow

En el primer caso (figura izquierda) está claro que estamos midiendo la presión transversal al flujo y la ley de Bernoulli no es aplicable. ¿Se puede aplicar la ley de Bernoulli en el segundo caso (figura derecha)? Aunque obtenemos el mismo efecto que esperaríamos de la ley de Bernoulli, en este caso, dicha ley tampoco es aplicable. Los estudiantes deben entender que en este caso también estamos midiendo la presión transversal al flujo de aire. ¿Por qué se reduce la presión en el segundo caso? Por que las líneas de corriente del aire que han de superar el obstáculo del trocito de tubo en su camino deben ascender y luego descender, formando líneas de corriente curvadas (semicirculares) que requieren la existencia de una fuerza centrífuga hacia arriba, fuerza que tira del aire en el tubito de plástico, provocando la diferencia de presión observada en el manómetro.

Eres estudiante o profesor de física, este experimento es ideal para comentar… ¿te atreves?

Dune y la biomecánica de un lagarto que bucea a través de la arena del desierto

Dibujo20090717_Burial_and_undulatory_subsurface_swimming_sandfish_lizard

El escinco, también llamado pez de las arenas, es un lagarto de cortas patas, a medio camino evolutivo entre lagartos y serpientes. Lo más característico de estos lagartos es que pueden bucear por la arena. Se sumergen en ella y nadan como los peces. Nadar por la arena no parece fácil, la arena es muy diferente al agua. ¿Cómo lo hacen? Las imágenes por rayos X permiten descubrirlo. Pliegan sus cortos brazos y piernas sobre su cuerpo, para que no molesten, y se mueven ondulando el cuerpo como una serpiente. Ryan D. Maladen et al. han desarrollado modelos biomecánicos por ordenador que permiten comprender los detalles de este peculiar modo de locomoción. Nos lo cuentan en Ryan D. Maladen, Yang Ding, Chen Li, Daniel I. Goldman, “Undulatory Swimming in Sand: Subsurface Locomotion of the Sandfish Lizard,” Science 325: 314-318, 17 July 2009.

Los investigadores han logrado predecir la velocidad de “buceo” del escinco (Scincus scincus) gracias a estimar la resistencia “aerodinámica” de este animal a través de la arena. El modelo efectivo es muy similar al que se desarrollaría si este animal buceara en un líquido a bajo número de Reynolds, en el que las fuerzas de fricción (resistencia) del medio son independientes de la velocidad de locomoción. Los autores creen que la evolución ha dotado a estos escíncidos de un mecanismo de locomoción que no hace diferencias entre un medio granular (arena del desierto) y un medio líquido.

¿Aplicaciones? Los autores no se mojan al respecto, pero a mí se me antoja que robots tipo submarino para estudiar la dinámica de las arenas, dunas, playas, etc. podrían ser desarrollados gracias a estos análisis biomecánicos. Quien sabe lo que nos depara el futuro.

Frikis al tanto. Los aficionados a la película Dune, del genial David Lynch, lamentarán que la locomoción de los gusanos de arena en la película no sea físicamente realista. Frank Herbert los denominó Geonemotodium arraknis, también conocidos como Shai-Hulud o Shaihuludata gigantica. Si Lynch hubiera conocido este reciente estudio científico, seguramente sus gusanos de arena presentarían una locomoción más realista.

PS: En Menéame ha sido enviada esta noticia publicada en el ABC “Un lagarto que «bucea» en la arena del desierto.”

Por qué las semillas del arce canadiense tienen forma de mosca

Dibujo20090614_maple_seed_shape_like_a_mothLas semillas del arce canadiense (maple) caen del árbol y se ponen a rotar generando una fuerza de sustentación vertical que las hace caer muy lentamente, se diría que volando. Lo logran gracias a producir en autorrotación un vórtice en su borde (leading-edge vortex) como se ha logrado caracterizar gracias a medidas tridimensionales en un túnel de viento con modelos a escala y con semillas secas. Las semillas de arce aprovechan el mismo fenómeno aerodinámico que las moscas. La foto muestra su gran parecido con una mosca y el vídeo algunos de los resultados obtenidos en el túnel de viento. Nos lo cuenta Jackie Grom, “How Is a Maple Seed Like a Moth?,” ScienceNOW, 12 June 2009, haciéndose eco del artículo técnico D. Lentink, W. B. Dickson, J. L. van Leeuwen, M. H. Dickinson, “Leading-Edge Vortices Elevate Lift of Autorotating Plant Seeds,” Science 324: 1438-1440, 12 June 2009.

Los arces canadienses (cuya hoja decora la bandera de este país) son árboles pioneros que deben recurrir al viento para dispersar sus semillas. Al secarse, las semillas aladas del arce, que vemos en la foto en parejas, se separan y caen. Aproximadamente tras recorrer un metro, gracias al contrapeso en su extremo, empiezan a rotar de forma estable. Esta rotación genera una fuerza de sustentación gracias un vórtice (tipo LEV, similar al que explica el vuelo de las moscas). Lo han descubierto Lentink et al. gracias a las técnicas de velocimetría digital de imágenes de partículas (DPIV) estereoscópicas que permiten obtener el campo de velocidad tridimensional en un túnel de viento.

A mí el artículo me gusta más que por el resultado obtenido (que podría tener aplicaciones en el diseño de vehículos autorrotativos más efectivos inspirados en la forma de esta semilla) sino por el tremendo curro de los autores. Han estudiado modelos a escala de las semillas de 4 tipos de arce utilizando un brazo robótico para controlar el ángulo de ataque en el túnel de viento. Han estudiado semillas de verdad en otro túnel de viento específico. Han estudiado el tiempo de caída de las semillas. Un trabajo muy completo. No siempre en Science se publican trabajos tan completos como este. Zoólogos colaborando con ingenieros biomecánicos. Futuros paracaídas y monocópteros, por ejemplo, para exploración planetaria, podrían beneficiarse de este trabajo. No sé, me gusta.

Más moscas detrás de la oreja en este blog:

Por cierto, ¿cómo vuela una mosca? Publicado por emulenews en Agosto 31, 2008

El tema del que todo el mundo habla: ¿Por qué es tan difícil matar moscas? Publicado por emulenews en Agosto 31, 2008

El sexo de los mosquitos requiere sincronizar sus zumbidos

Pon el sonido de tu ordenador y podrás escuchar el zumbido de un mosquito macho (a 600 Hz) persiguiendo a una hembra (zumbido más grave, a 400 Hz). En el momento del apareamiento sincronizan sus zumbidos a un armónico común, zumbido más agudo a 1200 Hz. Hasta hace poco se pensaba que los mosquitos no eran capaces de oir frecuencias tan altas. Un estudio que se publicará en Science muestra que el oído del mosquito es sensible a frecuencias hasta 2000 Hz.

El estudio de Lauren J. Cator, Ben J. Arthur, Laura C. Harrington, Ronald R. Hoy, “Harmonic Convergence in the Love Songs of the Dengue Vector Mosquito,” Science, Published online January 8 2009 , se ha centrado en el mosquito transmisor del dengue, Aedes aegypti. Las imágenes del vídeo “a cámara lenta” son de una cámara de alta velocidad, 8 mil fotogramas por segundo, y la pista de sonido es de una grabación independiente (si no se distorsionaría el sonido).

El estudio es curioso por sí mismo, pero yo destacaría una cosa: no se sabe el porqué, pero las hembras se sincronizan mucho peor a la grabación del zumbido de un macho que al zumbido de un macho en vivo y en directo. ¿Por qué será?

La acústica de las cajas de huevo: acondicionamiento acústico en lugar de aislamiento acústico

Recuerdo que hace años, cuando iba a casetas de la Feria de Fuengirola, muchas presentaban un falso techo de cajas de cartón para huevos. Me lo ha recordado Ronnie Bassili “El mito de las cajas de huevos como aislante acústico,” 09 Diciembre 2008 , que presenta una gráfica comparando el coeficiente de absorción de la espuma sonoabsorbente y las cajas de huevo en función de la frecuencia (visto en Menéame). En promedio, el coeficiente es la mitad para las cajas de huevo, es decir, resultan ser bastante buenas aislantes acústicas. Los datos técnicos provienen de un informe técnico sobre la acústica de “egg crates” de los RiverBank Acoustical Laboratories.

El artículo de Bassili está bien escrito y nos muestra que las cajas de huevo no son el mejor aislante acústico, pero como son muchísimo más baratas que los aislantes profesionales, permiten aislar en plan casero. Sin embago, su mayor utilidad no es el aislamiento sino el acondicionamiento (como muestra el siguiente vídeo de youtube). Se compara el sonido de una batería en una sala con paredes recubiertas con cartones de huevo y en otra sin ellos. El micro de la videocámara es muy malo pero muestra claramente como mejora significativamente el sonido. Por ello, muchos aficionados que tienen pequeños estudios de grabación en casa las usan para acondicionar más que para aislar (por ejemplo, para tapar ventanas de cristal).

Me han picado la curiosidad. ¿Habrá algún estudio sobre la acústica de las cajas de huevo en la prestigiosa “The Journal of the Acoustical Society of America,” la más prestigiosa en acústica? Sólo he encontrado 3 y quizás para todos nosotros sólo de interés el primero de ellos.

Wayne Rudmose, “The Design of Small Studios,” J. Acoust. Soc. Am. 23: 144, 1951 (por cierto, es un breve artículo de acceso gratuito: descagáis el PDF y lo encontráis en la página 3 de 9). El autor propone el uso de las cajas de huevo para el acondicionamiento acústico de habitaciones pequeñas. La mayor ventaja es un tiempo de reverberación uniforme entre 100 Hz y 8 kHz. Poco más dice este breve artículo que aparentemente no ha recibido citas.

Armand Wirgin, “Scattering of sound from hard and soft eggcrate surfaces,” J. Acoust. Soc. Am. 75: 340-345, 1984 (citado 5 veces en el JCR), y D. Michael Milder, H. Thomas Sharp, “An improved formalism for rough-surface scattering. II: Numerical trials in three dimensions,” J. Acoust. Soc. Am. 91: 2620-2626, 1992, son todo lo contrario, dos estudios teórico sobre el efecto de una superficie cubierta de cajas de huevo sobre ondas sonoras (planas). Poco útil a nivel de divulgación para este blog (donde trato de omitir la matemática). Para los expertos, ambos comparan comparación la solución matemática de Rayleigh (evaluada numéricamente) con aproximaciones como la de Kirchhoff, estudiando el régimen de validez de estas últimas.

¿Y en las revistas del ISI Web of Science? He encontrado unos 3o artículos pero ninguno de especial interés (más allá de los anteriores).

La física de los globos de los niños o por qué cuesta más inflar un globo de goma al principio que al final

dibujo20081208globopressureradiusTodo el mundo sabe que inflar un globo cuesta más al principio y menos al final. Ello es debido a que el material de goma del globo no cumple la ley de la elasticidad de Hooke. La ley correcta la derivaron James y Guth en 1839. En el artículo de D. R. Merritt, F. Weinhaus, “The pressure curve for a rubber balloon,” American Journal of Physics 46: 976-977, 1978 , se aplica dicha ley a un globo. La figura muestra la curva teórica (línea continua) y varios datos experimentales obtenidos por los autores.

Lo más curioso que es que la curva de la presión en función del radio no es única. Cuesta más inflar el globo al principio, pero si tras inflarlo, lo desinflamos y lo volvemos a inflar observaremos un fenómeno tipo histéresis: en el segundo inflado cuesta menos inflarlo y en el tercero, aún menos (los círculos de la figura lo muestran claramente).

Con un sensor de presión semiconductor (de silicio) es fácil repetir estos experimentos en laboratorio, con estudiantes por ejemplo. Más detalles en John N Fox, “The baffling balloons!,” Physics Education 28: 325-328, 1993 .

Los globos permiten realizar muchos experimentos de física y termodinámica a bajo coste. No sólo debemos pensar en globos de goma, los globos metálicos que tanto justan a nuestros hijos también son una buena oportunidad para experimentar con ellos. Uno de los experimentos más baratos y fáciles de realizar con estos globos es el siguiente.

dibujo20081208globometalicocalibradoEn una habitación cerrada, soltemos uno de estos globos atado con una cuerda larga que repose en el suelo. El globo se dirige hacia el techo. Se mantiene allí durante cierto tiempo. Si esperamos un buen rato, el globo acaba por descender un poco, hasta que luego vuelve a ascender hacia el techo. Este comportamiento oscilatorio corresponde a oscilaciones amortiguadas y tras varias oscilaciones el globo acaba en reposo. ¿Por qué? Interesante pregunta para los estudiantes.

La explicación detallada del fenómeno nos la ofrecen Amnon Yariv, Jacob Scheuer, Bruno Crosignani, y Paolo Di Porto, “The case of the oscillating party balloon: A simple toy experiment requiring a not-so-simple interpretation,” American Journal of Physics 75: 696-700, August 2007 .

La explicación requiere tener en cuenta la masa variable del sistema globo-cuerda durante las oscilaciones (nota que la parte de cuerda en reposo en el suelo cambia durante las oscilaciones) así como la fricción del aire (si no, el movimiento no sería amortiguado).

Otro experimento interesante con globos es el análisis del sonido que producen al desinflarse (que tanto les gusta a los niños). Grabando el sonido con un micrófono digital y analizando la onda sonora con ordenador se observarán varios comportamientos muy interesantes del chirriante sonido, como la onda sonora tipo “N” (similar a las ondas de choque de los aviones supersónicos), que analizan David T. Deihl, F. Roy Carlson, Jr. ” “N Waves” from Bursting Balloons,” American Journal of Physics 36: 441-444, 1968 .

Los globos permiten muchos experimentos realmente curiosos, permitidme como última sugerencia verificar el principio de equivalente de Einstein (entre masa inercial y gravitatoria). Basta un globo conectado a una cuerda dentro de un automóvil (y medir el ángulo de ésta conforme el auto acelera o desacelera en rectas y curvas). La propuesta del experimento no es mía, sino de Hans G. Graetzer, P. W. Williams, “Behavior of a Helium Balloon in a Car,” American Journal of Physics 31: 302-303, 1963 .

¿Por qué hablar de globos? Todo viene a colación de “¿Adónde van los globos que se escapan de las manos de los niños?,” que leí en Menéame, que me llevó a ver un clip de animación (que no recomiendo) y leyendo un buen artículo de CPI.

Delfines, paradoja de Gray y visualización de fluidos en tiempo real

Timothy Wei nos cuenta cómo funciona la DPIV (para nadadores humanos).

¿Cómo visualizar en tiempo real el flujo de fluido alrededor de un cuerpo en movimiento? Pongamos por ejemplo, alrededor de Michael Phelps o de un delfín. La técnica más avanzada es la DPIV (Digital Particle Image Velocimetry) que consiste en “sembrar” el fluido con pequeñas partículas cuyo movimiento, con el fluido es grabado mediante una cámara digital CCD (charge-coupled device camera). En la técnica DPIV se pueden medir las velocidades en 3D si se utilizan dos cámaras (visión estereoscópica). El artículo “Velocímetro de partículas basado en imágenes digitales,” de J.D. Martínez-Ramírez y F.J. González, explica en español la técnica.

Yae Eun Moon, Erica Sherman, Frank Fish, Terrie Williams, Timothy Wei, “DPIV measurements of dolphins performing tailstands,” November 24, 2008 , presentan la aplicación de la técnica DPIV para analizar el flujo alrededor de un nadador (humano o delfín). En concreto han estudiado el flujo alrededor de un delfín que se pone vertical sólo sujetado por su cola. El delfín logra levantarse y “caminar” por encima del agua gracias a oscilaciones rápidas y fuertes de su cola. El método permite al grupo del Dr. Wei estimar las fuerzas que es capaz de generar el delfín. Los datos demuestran claramente que los delfines pueden producir un empuje vertical del orden de su propio peso, mucho más de lo necesario para elevarse por encima del agua. La musculatura del delfín es más poderosa de lo que se pensaba.

En la Universidad del Dr. Wei se han hecho eco de este artículo en su página de noticias ““Gray’s Paradox” Solved: Researchers Discover Secret of Speedy Dolphins,” centrándose en la “resolución” de la llamada paradoja de Sir James Gray, biológo británico que 72 años creyó que era imposible que los delfines nadaran tan rápido como lo hacen ya que sus músculos se suponía que eran incapaces de generar tanta potencia mecánica. Las noticia viene acompañada de un vídeo ilustrativo en el que se observa el campo de fluido alrededor de un delfín llamado Primo (el vídeo merece la pena). Resolver una “paradoja” suena muy bien y muchos medios se han hecho eco de la noticia, como The Daily Galaxy, “The Dolphin Paradox: New technology helps disprove 72-year-old scientific mystery.” En español la noticia me ha llegado gracias a Menéame, donde mezvan nos resume dicha noticia en “Científicos resuelven la famosa “Paradoja de los Delfines”.” Los delfines tienen algo que atrae a la gente. ¿Qué será?

Navegando voy, navegando vengo, por el camino yo mentretengo (o cómo diseñar un piloto automático para barcos)

dibujo20081116greciaLa figura muestra la ruta óptima para viajar en barco desde el puerto de Thessaloniki al puerto de Aghios Nikolaos, en la isla de Creta, utilizando un algoritmo de optimización basado en recocido simulado (simulated annealing) desarrollado en O. T. Kosmas, Z. A. Anastassi, D. S. Vlachos, T. E. Simos, “Simulated Annealing for Optimal Ship Routing,” ArXiv preprint, 13 Nov 2008 . Simos es todo un “pope” en Análisis Numérico en Grecia, con más de 250 publicaciones en revistas internacionales (sobre todo en métodos numéricos de alto orden para la ecuación de Schrödinger en Mecánica Cuántica).

El algoritmo presentado se basa en minimizar una función coste dado por una suma ponderada del tiempo de viaje y el confort durante el mismo, este último depende de la velocidad y dirección del viento y de la dirección y altura del oleaje. El algoritmo desarrollado puede ser aplicado en tiempo real, optimizando la ruta durante la ruta conforme nuevas predicciones meteorológicas son recabadas. La ruta presentada en la figura se ha calculado utilizando datos del sistema POSEIDON, que mide el estado “local” del mar en tiempo real utilizando boyas flotantes y realiza predicciones para las próximas 48 horas.

Hay varios sistemas comerciales para la ayuda a la planificación de rutas marítimas, de gran interés para las compañías navieras. Quizás el más conocido sea STARS (Ship Tracking and Routing System) que optimiza elementos tan importantes en las rutas comerciales como el consumo de combustible. Desarrollado por Ocean Systems Incorporated en Alameda, California, para la Armada Americana, se suministra comercialmente como VOSS (Vessel Optimization and Safety System).

La aplicación de Simos es un “juguete” comparado con las comerciales, pero tiene la ventaja de que nos muestra los detalles de “sus tripas”.