¿Una esponja del fondo marino inspira el diseño de futuras estructuras mecánicas?
Una esponja vítrea encontrada en las aguas profundas del océano Pacífico inspira un enfoque nuevo sobre el diseño de edificios y otras estructuras humanas. Desde su descubrimiento, la «Euplectella aspergillum» o «cesta de flores de Venus», como se denomina habitualmente, ha atraído el interés científico, sobre todo debido a su estructura. Está compuesta de una red cilíndrica blanca y muy flexible compuesta de sílice. Un equipo de investigación internacional, respaldado parcialmente por el proyecto financiado con fondos europeos COPMAT, se ha centrado ahora en un aspecto muy poco estudiado de las esponjas del fondo marino: los campos hidrodinámicos que las rodean y penetran. El equipo de investigadores de Australia, Estados Unidos e Italia pretendía saber si, además de mejorar sus propiedades mecánicas, la forma esquelética de la esponja también se encargaba de optimizar la física de fluidos dentro y fuera de su cavidad anatómica. Los resultados mostraron una conexión fuerte entre la función y la estructura de la esponja, aportando información sobre cómo el esqueleto en forma de red ayuda a reducir el estrés hidrodinámico general del entorno oceánico. También muestra de qué modo el esqueleto puede crear un vórtice rico en nutrientes dentro de la esponja a una velocidad de flujo baja. El estudio se ha publicado en la revista «Nature».
Simulación del flujo de las aguas circundantes de las esponjas del fondo marino
Para llevar a cabo sus experimentos, el equipo utilizó el superordenador MARCONI100 de 21,6 petaflops instalado en el centro de informática de alto rendimiento de Cineca (Italia) y un «software» especial desarrollado por Giorgio Amati, director de tecnología de Cineca y coautor del estudio. Con la ayuda de su arsenal informático, los investigadores crearon las primeras simulaciones de la cesta de flores de Venus, así como su respuesta e influencia sobre el flujo de las aguas circundantes del fondo marino en el que vive. Las simulaciones se basaron en el método de Lattice Boltzmann, utilizado para simular el comportamiento dinámico de flujos de fluidos. «Al explorar el flujo de fluidos dentro y fuera de la cavidad anatómica de la esponja, descubrimos las huellas de una adaptación al entorno prevista», explicó el catedrático Maurizio Porfiri, coautor del estudio, de la Universidad de Nueva York en un comunicado de prensa publicado en el sitio web del Instituto Italiano de Tecnología. «La estructura de la esponja no solo ayuda a reducir la resistencia, sino que también facilita la creación de remolinos de baja velocidad en la cavidad anatómica, los cuales se utilizan para la alimentación y la reproducción», añadió Porfiri. Según el autor principal del estudio, el doctor Giacomo Falcucci de la Universidad de Roma Tor Vergata y la Universidad de Harvard, la investigación del equipo «tiene muchas implicaciones en el diseño de edificios de gran altura o, en realidad, en cualquier estructura mecánica, desde rascacielos hasta nuevas estructuras de baja resistencia para embarcaciones, o fuselajes de aeronaves». El doctor Falcucci ilustró su afirmación con algunos ejemplos interesantes: «¿Habrá una menor resistencia aerodinámica en los edificios de gran altura construidos con una celosía de bordes y agujeros? ¿Optimizará la distribución de las fuerzas aplicadas? Uno de los principales objetivos del equipo es responder a estas preguntas». «Este trabajo es una aplicación ejemplar de la dinámica de fluidos discreta en general y del método de Lattice Boltzmann en particular», destacó el coautor principal, el doctor Sauro Succi de la Universidad de Harvard y el Instituto Italiano de Tecnología, entidad anfitriona del proyecto COPMAT. «La precisión del método, junto con el acceso a uno de los principales superordenadores del mundo, nos permitió alcanzar niveles de cómputo que no se habían probado antes, lo cual arrojó luz sobre el papel del flujo de fluidos en la adaptación de los organismos vivos en las profundidades». El proyecto COPMAT (Full-scale COmputational design of Porous mesoscale MATerials), de cinco años y medio de duración, termina en 2023. Para más información, consulte: Sitio web del proyecto COPMAT
Palabras clave
COPMAT, esponja, «Euplectella aspergillum», cesta de flores de Venus, estructura, flujo de fluidos
