Diseño e ingeniería

El día que un martín pescador inspiró el tren más rápido del mundo

30 de agosto de 2022

A finales del siglo pasado, el tren bala japonés emitía un sonido ensordecedor cada vez que salía de un túnel. Los avances de la tecnología habían permitido crear un tren increíblemente veloz, pero ruidoso. Este problema eclipsaba los logros de un vehículo que simbolizaba los avances de la técnica.

Por suerte, el ingeniero Eji Nakatu era un amante de los animales y un activo miembro de la Sociedad de Aves Silvestres de Japón. Decidió buscar soluciones en la naturaleza y las encontró en el martín pescador, un pájaro que, por su forma, apenas encuentra resistencia cuando se sumerge en el agua.

Tras realizar varias pruebas, los resultados le dieron la razón: imitar la forma del martín pescador reducía el ruido del tren bala a la vez que aumentaba notablemente su velocidad y su aerodinamismo.

Un gran “boom”

En 1989, cuando se realizaban las fases de prueba del Shinkansen (o tren bala japonés), los ingenieros detectaron un problema importante en la línea que une Osaka con Hakata. Esta tiene varios tramos conectados por túneles, algunos muy estrechos. Cuando los trenes salían de ellos, emitían un ruido tan fuerte que parecía como si, literalmente, una gran bala fuese disparada desde el interior de la tierra.

Como explica el biólogo Patrick Aryee en el podcast ‘30 animals that Made Us Smarter’, de la BBC, el sonido llegaba a superar el permitido por las regulaciones japonesas. Resultaba molesto para los viajeros del tren y también para las personas que vivían cerca de las bocas de los túneles. Cuando estos estaban cerca de zonas residenciales, el ruido suponía un grave problema.

El primer paso para solucionarlo era identificar la causa de este ruido. Esta parte fue fácil: cuando el tren entraba en los túneles a alta velocidad, generaba ondas de presión atmosférica que iban acumulándose y precipitándose hacia la salida. Al final, generaban un estampido que se escuchaba incluso antes de que saliese el tren y a casi medio kilómetro de distancia.

Estación de tren en Japón

Estación de tren en Japón. JuniperPhoton (Unsplash)

El segundo paso era encontrar una solución: para cumplir la normativa, los trenes no deberían generar sonidos que superasen los 75 decibelios. Es decir, más o menos el ruido de una calle con tráfico o el que generan electrodomésticos como una aspiradora o una lavadora. La solución vino de la observación y del conocimiento de la naturaleza.

La lección del martín pescador

“Uno de nuestros ingenieros me dijo que cuando el tren se precipitaba en un túnel, sentía como si este se hubiera encogido”, cuenta el ingeniero Eji Nakatu en una entrevista a Japan for Sustainability. “‘Esto debe ser debido a un cambio repentino en la resistencia del aire’, pensé”.

Entonces, se le ocurrió una pregunta: “¿Hay algún ser vivo que maneje cambios repentinos en la resistencia del aire en su día a día?”. Enseguida pensó en el martín pescador (Alcedo atthis). Un pájaro que apenas alcanza los 19 centímetros de largo, pesa unos 35 gramos y para cazar se sumerge desde el aire (un elemento que ofrece poca resistencia) en el agua (otro que ofrece mucha más).

Se zambulle con rapidez, sin dificultad y sin apenas salpicar. Esto es gracias a la forma de su pico y, en general, de todo su cuerpo. El martín pescador tiene un pico alargado, una cabeza grande en comparación con el resto de su cuerpo y unas patas muy cortas. La solución que encontró Nakatu fue precisamente imitar la forma de su pico en la parte delantera del tren.

Uno de los modelos del Shinkansen japonés

Uno de los modelos del Shinkansen japonés. Mariola Grobelska (Unsplash)

El equipo de ingenieros del Shinkansen realizó una serie de pruebas y confirmó que, efectivamente, la versión del tren que menos ruido generaba al salir de los túneles era la que se inspiraba en el pájaro. Pronto vieron que se obtenían más ventajas: gracias a su forma aerodinámica, el tren era un 10 % más rápido y usaba menos electricidad para conseguir los mismos resultados.

La infinita inspiración de la biomímesis

La versión mejorada, más rápida y más silenciosa del Shinkansen se estrenó en 1997. Pero este no fue el único cambio inspirado en el mundo animal que se realizó en el tren bala: el mismo Nakatu encontró otra solución para reducir el ruido que genera el aire al golpear los pantógrafos (los mecanismos que transmiten la corriente desde un cable hasta el tren).

En este caso, se inspiró en las plumas de los búhos. “Los búhos son las más silenciosas de todas las aves (…). Parece que han evolucionado para volar en silencio para que las presas, como los ratones, no se den cuenta de que están a punto de ser atacadas”, cuenta Nakatu. Tras cuatro años de pruebas, su equipo consiguió trasladar las características de sus plumas al tren bala y hacerlo aún más silencioso.

Buho

Richard Lee (Unsplash)

A la ciencia que tiene la naturaleza como fuente de inspiración para resolver problemas – y que está detrás de esta mejora del tren bala – se la conoce como biomímesis o biomimética. Se basa en el planteamiento de que la propia naturaleza ya ha desarrollado, a lo largo de millones de años de evolución, soluciones para prácticamente cualquier dificultad.

La historia de la ingeniería y la construcción está repleta de ejemplos de biomímesis. Los encontramos en la estructura de la Torre Eiffel, que imita la cadera humana; en los materiales que se inspiran en las telas de araña para ganar resistencia; o en la Torre Gherkin, de Londres, que imita la forma de las esponjas marinas para favorecer la ventilación. Como fuente de inspiración, la naturaleza resulta, sin duda, prácticamente infinita.

 

Imagen principal: Hans Veth (Unsplash)

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