Diseño mecánico estructural morfogenético de un ala de avión

Dibujo20171006 Optimized wing structure nature23911-f1

La biomimética se usada en el diseño mecánico de estructuras desde hace décadas (ejemplos son el tren bala japonés, el nylon o el velcro). En los últimos lustros se ha puesto de moda la computación evolutiva (algoritmos bioinspirados y algoritmos genéticos) para el diseño automático de dichas estructuras (ejemplos son el diseño ergonómico de teléfonos móviles o de módulos de aterrizaje). Se publica en Nature el diseño mecánico estructural de alas de avión inspirado por la anatomía del pico de los pájaros. Se ha logrado una reducción entre 2–5% del peso del ala (entre 200–500 kg en masa) sin afectar a sus propiedades mecánicas; para un diseño tan complicado se ha usado el Supeordenador Curie (GENCI@CEA), Francia, unos 8000 procesadores funcionando durante varios días.

Me sorprende encontrar un artículo de ingeniería biomimética en la prestigiosa revista Nature; sin lugar a dudas muchos de mis colegas que trabajan en esta área estarán muy contentos. El artículo es Niels Aage, Erik Andreassen, …, Ole Sigmund, “Giga-voxel computational morphogenesis for structural design,” Nature 550: 84–86 (05 Oct 2017), doi: 10.1038/nature23911 (pdf1 y pdf2 con imágenes vectoriales para disfrutar del diseño); Matthijs Langelaar, “Engineering: Computational design hits record resolution,” Nature 550: 50–51 (05 Oct 2017), doi: 10.1038/550050a; Elizabeth Gibney, “Supercomputer redesign of aeroplane wing mirrors bird anatomy,” News, Nature, 04 Oct 2017, doi: 10.1038/nature.2017.22759.

Recomiendo leer a mi amigo Francisco José Vico Vela, “Computación evolutiva: El legado de Darwin en la Ingeniería Informática,” UCiencia (HTML, PDF).

Dibujo20171006 Morphogenesis evolution 3D printing and hornbill bird beak nature23911-f2

El gran mérito del nuevo trabajo es que se han usado ingentes recursos computacionales para lograr un diseño mecánico estructural unas dos cientas veces más complicado que diseños previos; se ha pasado de varios millones de variables (vóxeles) a más de mil millones (por ello el título del artículo se inicia con gigavóxel). Tras leer el artículo no encuentro avances conceptuales relevantes respecto a trabajos previos (aunque he de confesar que no siendo experto en el área lo mismo me olvido de alguna sutileza importante).

Dibujo20171006 wing detail nature23911-sf1

Como siempre, el gran problema de estos diseños automáticos es la fabricación posterior. Las cadenas de montaje actuales no están preparadas para estos diseños tan exóticos y la incorporación de impresoras 3D industriales en el mundo de la industria aeronáutica comercial no parece próxima. Aún así, futuros diseños que tengan en cuenta las restricciones de fabricación podrían permitir su incorporación en el mercado futuro. Aún así, más allá de las aplicaciones y sus ventajas, la belleza de estos diseños está fuera de toda duda.


6 Comentarios

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Horacio G.Horacio G.

Interesante, aunque la parte central de las alas se las usa para llevar el combustible así que debería ser un recinto cerrado en la práctica
Mas allá que se pueda realizar algún día y bajar así el peso, me pregunto si sería una estructura que tenga buena respuesta a la fatiga de los materiales.
Si se tuviera a mano el sólido podría jugarse con geometrías menos complejas pero que sigan los lineamientos de la primaria a distintos estados de cargas, materiales y analizar su respuesta a la fatiga, flutter, etc. .
No deja de ser bello Per Se

AChamorroAChamorro

De acuerdo a las imágenes, el cajón del ala -donde se aloja el combustible- se encuentra cerrado, no?
Un saludo!

AChamorroAChamorro

Una belleza estructural, no cabe duda.
Francis, la impresión 3D se utiliza actualmente en algunos procesos de fabricación aeronáuticos aunque para piezas de inferior tamaño al de un ala, eso si, son pocas las piezas fabricadas por estos medios. La técnica más avanzada que es espacialmente ventajosa en este sector se llama sinterización (SLM) y se usa particularmente para la fabricación de piezas de titanio ya que es un material muy caro y cuanto más eficiente sea tu diseño -en eso la impresión 3D ayuda mucho- mucho mejor.
Un saludo!

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