Según la ley de Kleiber, de los años 30 del siglo XX, las geometrías (o formas) y el funcionamiento de los seres vivos han evolucionado -y evolucionan- siguiendo leyes físicas y matemáticas.
Esta ley reza que “la tasa en que un organismo produce energía para vivir a partir de las calorías consumidas es proporcional a la masa de su cuerpo elevada a la potencia ¾”. Es decir, señala que las formas de animales y vegetales propician que estos tengan una eficiencia energética máxima.
El año pasado, científicos de la Universidad de Maryland (EEUU) y la Universidad de Padua (Italia) añadieron un factor a la ley de Kleiber, completándola: el de la velocidad a la cual los nutrientes son transportados por todo el cuerpo de los animales, calentándolo.
Según estos investigadores, este fenómeno de organización merced al cual los organismos evolucionan: “Es lo que se denomina evolución convergente” y, sorprendentemente, “es propiciado por física y matemáticas subyacentes”.
Más sorprendente, sin embargo, podría parecernos que las mismas leyes propicien la evolución del diseño de objetos artificiales (o quizá no debiera parecérnoslo). Este punto es lo que estudia, desde mediados de la década de 1990, un científico de la Universidad de Duke, en EEUU, llamado Adrian Bejan.
La evolución que atañe a lo artificial
Bejan se ha centrado, en concreto, en el análisis de la evolución del diseño de los aviones. En 1996, el investigador ideó una teoría, denominada “teoría o ley constructual”, para seguir dicha evolución, e incluso para predecir cómo podrían ser los aviones en el futuro, informa Sinc.
Según esta teoría, “para que un sistema de tamaño finito sobreviva, debe evolucionar de tal forma que proporcione el mejor acceso a las corrientes que fluyen por él" (la relación con la ley de Kleiber parece obvia).
En la naturaleza, esto se manifiesta en patrones de flujo con forma de árbol, como las cuencas de los ríos o las redes neuronales, los relámpagos. Pero, ¿cómo se produce en los aviones?
El estudio de Bejan, que se publica en el Journal of Applied Physics, señala que, en el caso de los aviones comerciales, los diseños han evolucionado para transportar más gente y mercancías. Esto se ha traducido en que las aeronaves han adoptado tamaños cada vez mayores.
Así, los turbohélices de comienzos del siglo XX, como el Farman F60 Goliath y el Douglas DC-3, eran mucho más pequeños que los que vinieron después; y los aviones actuales son gigantes como el Airbus A380 y el Boing 747.
Física para eludir la extinción
"Demostramos que los aviones más grandes son más rápidos, más eficientes y con mayor autonomía", señala Bejan en declaraciones recogidas de nuevo por Sinc, y añade: "La masa del motor es proporcional a la del cuerpo, una característica de diseño que es igual en animales, donde la masa de los órganos motores –como el músculo, el corazón o los pulmones– es proporcional a la masa corporal".
Los investigadores también han demostrado que las aeronaves, sean grandes o pequeñas, muestran una proporción entre su envergadura y longitud de su fuselaje, y también entre la carga de combustible y el tamaño total.
"De nuevo, esto es similar a lo que vemos entre las criaturas voladoras en la naturaleza, lo que demuestra que en los aviones convergen las reglas de diseño de arquitectura que los unen con sus homólogos vivientes", apunta Bejan, que también compara la ‘extinción’ del Concorde –con bajo ratio de masa y velocidad– con el de algunas aves, como el dodo.
El investigador confía en que este nuevo artículo ayude a ‘desmitificar’ la evolución como un proceso que ocurre a lo largo de mucho tiempo o que se aplica solo a la naturaleza: "Es mucho más que solo la evolución biológica y definitivamente pertenece al ámbito la física".
También destaca en su artículo que, aunque la opinión predominante es que no podemos presenciar la evolución biológica, ya que se produce en una escala de tiempo inmensamente mayor que nuestro tiempo de vida, "sí que podemos ser testigos de la evolución"… en nuestras máquinas voladoras.
De hecho, estas han ido variando asombrosamente desde que, el nueve de octubre de 1890, Clément Ader creara Éole, la primera aeronave que logró despegar y mantenerse en el aire, aunque solo durante 50 metros. Hoy día, los aviones comerciales más avanzados pueden alcanzar una autonomía de más de 10 mil kilómetros.
Referencia bibliográfica:
A. Bejan, J.D. Charles, S. Lorente. The Evolution of Airplanes. Journal of Applied Physics (2014). DOI: 10.1063/1.4886855.