Los pingüinos constituyen una fascinante familia de aves no voladoras que, aunque algo torpes en tierra, son nadadores extremadamente talentosos. Su increíble maniobrabilidad en el agua ha cautivado a los biólogos durante décadas, y los primeros estudios hidrodinámicos sobre su natación se remontan a la década de 1970.

Aunque unos pocos estudios han aclarado parte de la física detrás de la destreza de los pingüinos, la mayoría de ellos se han centrado en nadar hacia adelante en lugar de girar. Si bien se puede argumentar que los estudios existentes sobre los mecanismos de giro de las aves voladoras podrían arrojar algo de luz sobre este tema, el agua es 800 veces más densa que el aire y, por lo tanto, los mecanismos de giro empleados son presumiblemente muy diferentes entre estos medios.

En un esfuerzo por cerrar esta brecha de conocimiento, un par de científicos japoneses del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), incluido el profesor asociado Hiroto Tanaka, realizaron recientemente un estudio. El objetivo principal de este trabajo, que se publicó en Journal of Experimental Biology, era obtener una mejor comprensión de la cinemática tridimensional (3D) y las fuerzas hidrodinámicas que permiten a los pingüinos girar bajo el agua.

Los investigadores grabaron dos sesiones de pingüinos papúa (Pygoscelis papua) nadando libremente en un gran tanque de agua en el Acuario de Pingüinos de Nagasaki, Japón, utilizando una docena o más de cámaras subacuáticas. Luego, gracias a una técnica llamada transformación lineal directa en 3D, pudieron integrar datos de todas las imágenes y realizar análisis de movimiento en 3D detallados mediante el seguimiento de varios puntos en el cuerpo y las alas de los pingüinos.

Armados con estos datos, los investigadores establecieron un modelo matemático 3D del cuerpo de los pingüinos. Este modelo cubrió la orientación y los ángulos del cuerpo, las diferentes posiciones y movimientos de las alas durante cada golpe, los parámetros cinemáticos asociados y las fuerzas hidrodinámicas, y varias métricas de giro. A través de análisis estadísticos y comparaciones con los datos experimentales, los investigadores validaron el modelo y obtuvieron información sobre el papel de las alas y otros movimientos del cuerpo durante el giro.

Los principales hallazgos del estudio estaban relacionados con la forma en que los pingüinos generan fuerza centrípeta para ayudarse en sus giros. Logran esto, en parte, manteniendo la inclinación hacia afuera, lo que significa que inclinan sus cuerpos de manera que su vientre mira hacia adentro. En los giros impulsados, aquellos en los que el pingüino bate sus alas, la mayoría de los cambios de dirección ocurren durante la carrera ascendente, mientras que el empuje hacia adelante ocurre durante la carrera descendente. Además, resulta que los pingüinos baten sus alas con cierta asimetría durante los giros motorizados. « Encontramos diferencias contralaterales en el movimiento del ala; el ala en el interior del giro se eleva más durante la carrera ascendente que el otro », explica Assoc. Prof. Tanaka, « Los cálculos casi constantes de las fuerzas del ala confirmaron que esta asimetría en el movimiento del ala con la inclinación hacia afuera contribuye a la generación de fuerza centrípeta durante la carrera ascendente. En la siguiente carrera descendente, el ala interior genera un empuje y un par de contraviraje para frenar el giro. »

En general, estos hallazgos contribuyen a una mayor comprensión de cómo giran los pingüinos cuando nadan, lo cual es relevante tanto desde el punto de vista biológico como de ingeniería. Sin embargo, la Asoc. El profesor Tanaka comenta que estos hallazgos aportan solo una pieza del rompecabezas: « Todavía se desconocen los mecanismos de varias otras maniobras en los pingüinos, como la aceleración rápida, el cabeceo hacia arriba y hacia abajo y el salto fuera del agua. Nuestro estudio sirve como la base para una mayor comprensión de maniobras más complejas ».

¡Esperemos que la investigación futura ayude a aclarar completamente cómo los pingüinos logran su fascinante destreza acuática !