Un team di biologi e ingegneri evoluzionisti ha pubblicato sul Journal of the Royal Society Interface una ricerca che dimostra una nuova struttura ispirata alla pelle di squalo in grado di migliorare le prestazioni aerodinamiche di aerei, turbine eoliche, droni e automobili.
Squali e aeroplani non sono poi così diversi. Entrambi sono progettati per muoversi in modo efficiente attraverso il fluido (acqua e aria), utilizzando la forma dei loro corpi per generare sollevamento e ridurre la resistenza. La differenza è che gli squali hanno circa 400 milioni di anni di vantaggio sul processo di progettazione.
La pelle degli squali è ricoperta da migliaia e migliaia di piccole squame, o denticoli, che variano per forma e dimensione attorno al corpo. Questi denticoli sono molto simili ai denti umani, ma la loro funzione è fonte di discussione.
La maggior parte delle ricerche si è concentrata sulle proprietà riducenti del trascinamento dei denticoli, ma il team di ricercatori si è chiesto se ci fosse qualcosa di più nella storia.

E se invece di ridurre principalmente la resistenza, queste forme particolari erano in realtà più adatte per aumentare la portata?
Per aiutare a testare questa ipotesi, i ricercatori hanno collaborato con un team di ingegneri e, per ispirazione, hanno preso in considerazione il mako, lo squalo più veloce del mondo. I dentici del mako hanno tre creste rialzate, come un tridente. Utilizzando la scansione micro-CT, la squadra ha ripreso e modellato i denticoli in tre dimensioni. Successivamente, hanno stampato in 3D le forme sulla superficie di un’ala con una sezione aerodinamica curva, nota come profilo alare.
“I profili aerodinamici sono una componente primaria di tutti i dispositivi aerei”, ha detto August Domel, un dottorato di ricerca. studente di Harvard e coautore del giornale. “Volevamo testare queste strutture sui profili alari come un modo per misurare il loro effetto su portanza e resistenza per applicazioni nella progettazione di vari dispositivi aerei come droni, aeroplani e turbine eoliche”. I ricercatori hanno scoperto che oltre a ridurre la resistenza, le strutture a forma di denticolo aumentavano significativamente l’alzata, fungendo da generatori di vortici di basso profilo ad alta potenza.
Automobili e aerei sono equipaggiati con questi piccoli dispositivi passivi progettati per alterare il flusso d’aria sulla superficie di un oggetto in movimento per renderlo più aerodinamico. La maggior parte dei generatori di vortici sul campo oggi ha un design semplice, simile a una lama.

“Questi generatori di vortici ispirati agli squali raggiungono miglioramenti nel rapporto portata-resistenza fino al 323 percento rispetto ad un profilo alare sprovvisto di questi generatori”, ha affermato Domel. “Abbiamo dimostrato che questi generatori di vortici di bioispirazione hanno il potenziale per sovraperformare i design tradizionali.”
“Si può immaginare che questi generatori di vortici siano utilizzati su turbine eoliche o droni per aumentare l’efficienza delle pale”, ha affermato Katia Bertoldi, William e Ami Kuan Danoff, professore di Meccanica applicata presso SEAS e co-autore dello studio. “I risultati aprono nuove strade per progetti aerodinamici migliorati”.