Una aleta que amortigua el tono debajo de la proa está inspirada en la cola de un manatí. Un conjunto de tres alas verticales que se balancean en el agua para propulsarse y funcionan como la cola de un tiburón. Ejemplos recientes muestran que la biomimética puede aportar beneficios al diseño y operación de embarcaciones.

Imitar las cualidades físicas de los animales marinos puede dar lugar a barcos bastante eficientes. Las lecciones que aprendimos de los animales terrestres o voladores resultan ser de gran utilidad también en barcos. El arte de traducir las lecciones que enseña la naturaleza en diseños hechos por humanos se llama Biomímesis. La idea básica es bastante sencilla: si quieres diseñar un buen barco, mira un pez o un cisne.

Sabiduría antigua: la influencia de la naturaleza en el diseño de yates

El diseño biofílico o biomímesis ya se utiliza ampliamente en la construcción y diseño de yates. Un claro ejemplo es el uso de un timón, situado en popa, para gobernar una embarcación. Esta aplicación es tan antigua que ya nadie se da cuenta, pero el timón utiliza el mismo principio que utiliza un tiburón o cualquier otro pez con una aleta caudal vertical para determinar la dirección de su movimiento.

El diseño compuesto va más allá de los animales acuáticos: para lograr una construcción ligera y unos cascos resistentes para veleros de regata, se utiliza la estructura alveolar. Inspirándose en la arquitectura de las abejas melíferas, se diseña una capa interior rígida utilizando un material muy ligero dentro de un compuesto tipo sándwich. Se han realizado más esfuerzos para mejorar la eficiencia de los barcos imitando las formas de la naturaleza para moverse por el agua.

Aprovechando el gran poder de las ballenas

La forma eficiente en que las ballenas se mueven por el agua ha sido una de las principales fuentes de inspiración para los ingenieros de la industria marina. Con un poderoso movimiento de la cola, una ballena puede mover su enorme cuerpo con fuerza suficiente para saltar muy por encima de la superficie.

La naturaleza no utiliza movimientos giratorios como lo hacen los humanos con hélices en el agua. Los músculos se contraen y expanden. La ingeniería tradicional no suele aplicar fuerzas de esta manera, aunque el pistón de las máquinas de vapor e incluso de los motores de combustión interna también presenta originalmente un movimiento de entrada y salida.

Balancear el casco en toda su longitud, para imitar el movimiento de un tiburón, parece difícil de hacer cuando se construye y opera un submarino o una embarcación de superficie. Probablemente sea más fácil mover una cola hacia arriba y hacia abajo.

Potencial de eficiencia de combustible de las ballenas terrestres

En 2013, la barcaza de navegación interior Triade en los Países Bajos fue equipada con un O-foil: un ala ancha horizontal que oscila hacia arriba y hacia abajo bajo la sección de popa del carguero. El movimiento y el diseño del O-foil imitan el movimiento de la cola de una ballena. Las expectativas eran enormes: el barco podría lograr un ahorro de combustible del 50 por ciento con este eficiente método de propulsión. Este resultado nunca se logró. El ‘Triade’ navegó con la cola de ballena O-foil durante tres años hasta 2016, cuando se rompió la biela que une el foil a los pistones a cada lado de la embarcación.

Aun así, el O-foil logró una mejora impresionante en la eficiencia del combustible: en los primeros días de navegación con su nuevo equipamiento, el patrón informó de un ahorro de combustible del 30 por ciento. Para el transporte marítimo interior, hubo más ventajas, como la construcción robusta que permitía la navegación en aguas muy poco profundas. Los fundadores de la empresa O-foil no lograron conseguir suficientes pedidos sucesivos y quebraron.

Una idea potencialmente muy buena depende ahora de todos los demás buenos inventos que podrían mejorar el mundo pero que no han desarrollado la solidez comercial necesaria.

Aleta de timón de Ocius Technology

Ocius Technology de Sydney, Australia, ha desarrollado lo que llaman la «aleta del timón». Se trata de una superficie horizontal unida al fondo de un perfil vertical debajo de la parte delantera de un barco. Amortigua los movimientos verticales de un barco en las olas. Debido a que el ala horizontal de la aleta es flexible, se balanceará con los movimientos verticales del casco y generará un empuje hacia adelante; sin poner ninguna energía en él, el empuje proviene de la misma ola que intenta amortiguar.

Ocius desarrolló originalmente esto para su aplicación en los buques de superficie autónomos de investigación oceánica que construyen. La amortiguación de las olas y la propulsión hacia las olas mejoran el comportamiento en el mar de estos barcos autónomos en condiciones meteorológicas adversas. La aleta del timón puede mantener la proa del barco en las olas durante las tormentas y suavizar las aceleraciones verticales de las olas.

Yates eléctricos con características innovadoras

«Estoy pensando seriamente en construir una gama de barcos eléctricos de 40 a 60 pies de largo con el Rudder Flipper como una de sus características distintivas», revela el fundador y director ejecutivo de Ocius Technology, Robert Dane. «Quiero llamarlos ‘Amanecer Verde'».

Estos lucirían una vela solar para propulsión o soporte de propulsión, que funcionaría como un toldo cuando se plegara sobre la cubierta de popa. El Rudder Flipper ayudaría a mantenerse en el mar y proporcionaría algo de propulsión adicional en las olas. Los barcos, con una manga de 4,5 metros, también tendrían una quilla retráctil.

«El Rudder Flipper por sí solo es una propulsión bastante lenta para una embarcación con tripulación», explica Dane. “Pero en combinación con la vela, espero que proporcione una experiencia muy agradable con un movimiento amortiguado. En una tormenta, el Rudder Flipper es un ancla marina bastante impresionante. Con la vela bajada, el Rudder Flipper puede mantener la proa de cualquier barco en el viento y, con un poco de empuje de la hélice, el barco puede ir a cualquier parte”.

Dane está buscando clientes para el lanzamiento de los Green Sunrise, que navegan con su vela solar sólida retráctil, son suaves con las olas y obtienen algo de propulsión adicional de la aleta y que se desplazarán eléctricamente con la vela bajada.

Mientras que Ocius Technology construye actualmente embarcaciones de superficie no tripuladas para vigilancia marina, como el Bluebottle, Dane visitará el noroeste de Europa en busca de posibilidades de construir allí la gama Green Sunrise en astilleros que quieran aprovechar esta idea innovadora.

Aletas inspiradas en manatíes para mayor eficiencia bajo el agua

La aleta es un apéndice compuesto flexible bajo el agua. En Ocius Technology, se están realizando más investigaciones para desarrollar la relación más eficiente de rigidez y flexibilidad para las aletas.

«Hemos experimentado con diferentes rigidez y laminados para la cola», explica Joshua Grosser, ingeniero de campo de Ocius Technology que está trabajando en su tesis doctoral para desarrollar un modelo para predecir el rendimiento de la aleta. “Recientemente nos hemos inspirado en la forma de las colas de los manatíes, porque estos animales se mueven a velocidades similares a la propulsión de nuestras aletas.

El rendimiento de la aleta depende del estado específico del mar (particularmente del período de las olas). Hemos visto alcanzar unos pocos nudos de velocidad en el oleaje únicamente con la potencia de las aletas, y ha demostrado ser un medio eficaz para mantener la posición en repetidas ocasiones. En las condiciones adecuadas, podemos navegar únicamente con el poder de las aletas”.

Eficiencia inspirada en Shark Tails

La empresa francesa ADV Propulse fabrica sistemas de propulsión trocoidal inspirados en la cola de un tiburón. Estos sistemas cuentan con tres aletas verticales montadas en un disco giratorio, con engranajes que permiten que las aletas oscilen de lado a lado, barriendo el agua hacia atrás mientras giran. Cada aleta dirige el agua hacia atrás durante la mitad de su rotación, desde un punto muerto al otro en el lado opuesto del disco.

Luego, cuando el ángulo se invierte, la aleta vuelve a barrer el agua hacia atrás durante la segunda mitad de su rotación. Este movimiento del agua hacia atrás genera propulsión hacia adelante para la embarcación en la que está montado el disco de propulsión trocoidal, imitando el movimiento de la cola de un tiburón.

ADV Propulse ofrece sistemas de propulsión internos y externos listos para el mercado para yates, con potencias que oscilan entre 15 y 50 kilovatios. La empresa afirma que su método para generar empuje en el agua es entre un 10 y un 15 por ciento más eficiente que la propulsión con una hélice tradicional.