Desde los albores de la aerodinámica, los científicos han notado que los insectos vuelan de forma un poco extraña. Las primeras investigaciones demostraron que los insectos vuelan batiendo rápidamente sus alas, pero esta fuerza es demasiado pequeña. Según la relación entre su peso y su potencia de vuelo, a los científicos les resulta imposible construir aviones humanos.
En 1934, los científicos Antoine Manly y André Sánchez estudiaron el vuelo de las abejas. Utilizaron análisis matemáticos y principios de vuelo conocidos para calcular el vuelo de las abejas y llegaron a la conclusión teórica de que "las abejas no pueden volar". Desde entonces, las abejas se han convertido en un ejemplo típico de incumplimiento de los principios aerodinámicos.
La razón por la que los científicos lo definen así es porque no pueden fabricar un avión con alas brillantes. Es inimaginable que los humanos produzcan 300.000 veces más eficiencia respiratoria.
Los orígenes del vuelo de los insectos se remontan a hace al menos 350 millones de años, en la Era Paleozoica, cuando la Tierra estaba cubierta de pantanos. Los pantanos también son un paraíso ideal para los insectos, por eso en aquella época la tierra estaba llena de insectos, pero todos ellos no tenían alas. En aquel entonces no necesitaban cosas tan engorrosas. La investigación de Matthew Douglas, un entomólogo de renombre mundial de la Universidad de Kansas, demostró que los insectos en ese momento solo tenían alas, que eran pequeñas protuberancias en forma de alas en el pecho del insecto, también llamadas colgantes. Su función originalmente es absorber el calor del sol y aumentar la temperatura corporal del insecto cuando baja la temperatura.
En el Periodo Carbonífero de la Era Paleozoica se produjo una escena dramática: anfibios y reptiles comenzaron a desembarcar en grandes cantidades, y todos se alimentaban de insectos. De esta forma, además de los enemigos naturales originales de las arañas y los escorpiones, los insectos tienen un tercer enemigo mortal. Al principio, los insectos escapaban de los ataques de los anfibios saltando. Afortunadamente, las suspensiones del pecho de los insectos les permiten volar, aunque sean distancias cortas, lo suficiente para mantenerlos con vida.
Siguiendo la ley evolutiva de la supervivencia del más fuerte, las alas de los insectos supervivientes comenzaron a desarrollarse progresivamente, formando poco a poco el prototipo de alas. Los entomólogos especulan que algunos insectos agitan sus diminutos colgantes en forma de alas mientras huyen para salvar sus vidas, lo que les permite planear más lejos. Finalmente, estos colgantes se convierten en hermosas alas que se extienden. Los insectos utilizan fuertes músculos en el pecho para batir las alas y poder volar grandes distancias, fuera del alcance de los depredadores.
El Boeing 747 puede volar como un insecto sin batir las alas. Esto se debe a que utiliza 350 toneladas de energía explosiva y pone suficiente esfuerzo en el diseño de la forma del ala, para que pueda obtener mucha sustentación. Si un avión bate sus alas como un pájaro o un insecto, se formarán remolinos de aire a su alrededor, lo que provocará que se detenga y se estrelle.
Para una mariposa que pesa sólo 0,056 gramos, este teorema no puede explicar su patrón de vuelo. Si utilizamos la mecánica de fluidos para explicarlo, llegaremos también a la conclusión de que "los insectos caerán".
No fue hasta 1998 que el profesor Richard Huntington de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido explicó claramente la diferencia entre los modos de vuelo de los aviones y los insectos. El secreto está en el torbellino mágico.
¿Qué es el aire? El aire no es tan frío como crees, pero tiene volumen y masa, y además es algo con cierta viscosidad. Por ejemplo, al montar en una montaña rusa, todo el cuerpo se inclinará hacia atrás debido a la presión del viento. La ligera mariposa blanca gasta toda su energía a la vez al despegar. Luego usa sus músculos para agitar el aire viscoso, provocando un vórtice en el aire alrededor de sus alas. A través de la fuerza de reacción que genera, puede volar hacia arriba con la ayuda del flujo de aire en espiral. Cuando las alas baten de arriba a abajo, el cuerpo flota hacia arriba y cuando se levantan las alas, comienza a volar hacia adelante. La situación y los motivos son muy similares a los de la natación con disco en humanos.
Para revelar con más detalle los misterios del vuelo de las abejas y otros insectos, el equipo del profesor Huntington pasó casi un año fabricando una polilla mecánica un poco más grande con alas alimentadas por microbaterías y ventilador. Es básicamente lo mismo que la polilla real. Los investigadores lo colocaron en un túnel de viento y utilizaron cámaras de ultra alta velocidad para tomar fotografías tridimensionales del humo que se movía a lo largo de sus alas. Algunos detalles desconocidos llaman la atención de todos: cuando las polillas, las abejas y otros insectos despegan, producen una masa de aire en espiral afilada en el borde de ataque de sus alas, lo que les da una elevación adicional.
Después de observar cuidadosamente las imágenes tridimensionales, los investigadores descubrieron que cuando el insecto hace vibrar sus alas hacia abajo, el flujo de aire se eleva por encima del ala y forma una serie de ciclones cilíndricos en el borde de ataque del ala. Este ciclón es una espiral cónica con una espiral muy pequeña en la base del ala. La espiral se hace más grande a medida que llega a la punta del ala.
Todo el ciclón queda a ras del borde de ataque del ala y cerca del borde de ataque. Desde la raíz del ala hasta la punta del ala, la intensidad de este ciclón se debilita y desaparece gradualmente, y luego es reemplazada por otro ciclón recién formado. Después de que el ciclón se mueve hacia la punta del ala, se extiende hasta la cola del insecto y se repite. De esta manera, el ciclón generado por la vibración de las dos alas forma un anillo. Cada vez que un insecto bate sus alas, se forma un ciclón en el borde de ataque del ala y luego sale disparado. En este punto, sus alas están envueltas en aire, pero el ciclón formado por la siguiente vibración de las alas le proporciona una vez más la energía para despegar.
El profesor Huntington dijo emocionado que la prueba de vuelo demostró que este ciclón crea un área de baja presión sobre las alas del insecto, y las alas en el centro del área de baja presión serán atraídas para elevarse por el entorno. presión alta. Cada área de baja presión es elevada por el área de alta presión circundante, lo que permite que los insectos en el área de baja presión se eleven.
Anteriormente, los aerodinámicos sospechaban que el ciclón de vanguardia generado por el batir de las alas de los insectos podía obtener suficiente fuerza hacia arriba. Debido a que no vieron los detalles del ciclón, fueron demasiado conservadores.
Los hallazgos del equipo de Huntington han obtenido el reconocimiento de las autoridades académicas. Creen que la importancia de este descubrimiento es que es la primera vez que se confirma que el ciclón en el borde de ataque de las alas de los insectos es espiral y avanza de forma cónica desde la raíz del ala hasta la punta del ala. Este movimiento estabiliza todo el ciclón y retrasa la separación del ciclón de las alas, lo que permite que el ciclón proporcione un empuje hacia arriba al insecto durante el mayor tiempo posible.
Antes de desvelar el misterioso ciclón, Huntington también explicó el misterio de por qué los insectos pueden volar durante largos periodos de tiempo sin cansarse. Resulta que la mayoría de los insectos tienen de 8 a 10 pares de válvulas en el tórax, también llamadas aberturas respiratorias. Aunque no tienen pulmones y no necesitan hemoglobina, pueden transportar oxígeno directamente a sus músculos. Esta eficiencia del suministro es en realidad 300.000 veces mayor que la de los humanos. Por lo tanto, pueden batir sus alas fácilmente durante largos períodos de tiempo.
Los pequeños insectos guardan grandes secretos. Huntington y los expertos en el campo saben que la comprensión de los ciclones y la oxigenación muscular está apenas en su infancia, y todavía quedan muchos misterios del vuelo de los insectos por explorar. Por ejemplo, los científicos no pueden explicar cómo los insectos controlan su postura en el aire porque no permanecen estacionarios en el aire. Además, ¿cómo responden a los cambios en la dirección y velocidad del viento? Sin duda es muy complejo y difícil entender cómo los insectos controlan y se adaptan a estas condiciones externas. Huntington ha admitido muchas veces que este problema no puede resolverse en una o dos generaciones y requiere la combinación de múltiples disciplinas y el desarrollo de la ciencia convencional.