E2 Control con múltiples Aletas

Tópico

El pez posee un sistema de control hidrodinámico distribuido, compuesto por varias superficies distintas —las aletas pectorales, las pélvicas, la dorsal, la anal y la caudal— cada una encargada de generar un tipo específico de fuerza. A diferencia de las superficies de control rígidas que usan las aeronaves, las aletas del pez son superficies flexibles y deformables, capaces de cambiar activamente su propia geometría —su área, su ángulo de ataque, su curvatura— mediante una musculatura intrínseca propia de cada aleta, lo que le permite al pez controlar con precisión las fuerzas que actúan sobre su cuerpo en los seis grados de libertad posibles: tres de traslación y tres de rotación.

Cada una de esas aletas actúa como una superficie sustentadora, generando una fuerza normal a su superficie, la sustentación, y una fuerza tangencial a lo largo de ella, el arrastre; ambas fuerzas dependen de un coeficiente de sustentación y de un coeficiente de arrastre propios de cada aleta, que a su vez dependen del ángulo de ataque con que la aleta corta el flujo y del número de Reynolds al que esa aleta opera.

Entre estas aletas, las aletas pectorales son las principales responsables de mantener el equilibrio de cabeceo y de guiñada del pez, y también de propulsarlo cuando nada lento, en lo que se conoce como modo de nado labriforme.

La estabilidad del pez que resulta de la acción conjunta de todas estas aletas puede ser de dos tipos: la estabilidad estática se logra cuando el punto de presión resultante de todas las fuerzas de las aletas coincide exactamente con el centro de gravedad del pez, mientras que la estabilidad dinámica, en cambio, no surge solo de esa geometría de fuerzas, sino que requiere que el pez la sostenga activamente mediante retroalimentación neural.

El par de maniobrabilidad que genera cada aleta es el producto de la fuerza de sustentación que esa aleta produce por el brazo de momento que la separa del centro de masa del pez.

Para las maniobras rápidas, en cambio, el pez recurre a un mecanismo distinto del par de maniobrabilidad descrito antes: la generación de vórtices transitorios mediante lo que se conoce como el efecto de masa añadida. Al acelerar o desacelerar una aleta bruscamente, el pez agrega o quita cantidad de movimiento al fluido que la rodea, generando fuerzas impulsivas que son proporcionales a la aceleración de esa misma superficie de la aleta.

El comportamiento esperado de este sistema de control hidrodinámico distribuido es que, durante el nado en línea recta a velocidad constante, la resultante de todas las fuerzas que producen las distintas aletas del pez es exactamente cero, de modo que ninguna aleta desvía al pez de su trayectoria. En cambio, durante una maniobra, el pez introduce una asimetría controlada entre las fuerzas de aletas opuestas —por ejemplo, entre la aleta pectoral de un lado y la del otro— y esa asimetría es precisamente la que genera los pares necesarios para cambiar de dirección.

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