Cómo un hobby permitió resolver el gran problema del tren bala

Cuando el famoso tren bala de Japón llegó a velocidades cercanas a los 270 km por hora, la compañía responsable de este sistema de transporte se enfrentó a un grave problema.

Cada vez que el tren salía de un túnel producía un ruido tan estrepitoso que podía escucharse a 400 metros de distancia.

El tren comprimía el aire en el túnel de tal forma que al salir producía una gran explosión de sonido o boom sónico. Y esto constituía un problema considerable en las zonas residenciales adyacentes a los túneles en este país densamente poblado.

Para gran fortuna de la compañía de transporte, Japan Railway West o JR West, uno de sus ingenieros tenía un hobby que acabaría siendo crucial para resolver el problema.

El ingeniero, Eiji Nakatsu, era un ávido observador de pájaros y halló una solución inspirándose en el vuelo del martín pescador.

Nakatsu también corrigió otros aspectos del diseño basándose en las plumas de una lechuza y el abdomen de un pingüino.

El tren modificado por Nakatsu fue inaugurado en 1997, y con motivo del 20 aniversario de su famoso diseño el ingeniero japonés ha estado recorriendo universidades y colegios en Estados Unidos recordando la importancia de observar y aprender de la naturaleza.

“Sin salpicar”
La red ferroviaria de alta velocidad de Japón o Shinkansen ha sido una prioridad del gobierno japonés durante décadas.

La línea que conecta Tokio y Osaka, Tokaido Shinkansen, se desplaza a lo largo de unos 515 km, y se estima que ha transportado más de 4.000 millones de pasajeros desde su inauguración en 1964 (para las Olimpíadas de Tokio) y 2010.

Martín pescador

El ‘Alcedo atthis’, mejor conocido como martpin pescador. (Foto: Lukasz Lukasik bajo licencia GFDL)

El ingeniero Eiji Nakatsu había observado que el martín pescador apenas salpicaba al zambullirse.

El sistema ferroviario de Japón es usado actualmente por cerca de 64 millones de personas cada día.

Resolver el problema del boom sónico era crucial para Japan Railway West, y para ello Nakatsu se basó en sus propias observaciones.

El ingeniero recordaba que cuando el Martín pescador se zambulle a alta velocidad de un fluido de poca resistencia, el aire, a otro 800 veces más denso, el agua, apenas salpica.

Y el secreto está en la forma aerodinámica de su pico.

Nakatsu rediseñó la parte frontal del tren inspirándose en el pico del martín pescador.

Nakatsu diseñó diversos prototipos de la parte frontal del tren que fueron probados en su laboratorio. Y el prototipo que produjo el menor ruido fue el que se asemejaba más al pico de un martín pescador.

Lechuzas y pingüinos

Otro factor que contribuía al ruido del tren bala era el llamado pantógrafo ferroviario, el mecanismo articulado en la parte superior del tren que le transmite energía eléctrica.

El aire que pasaba por el pantógrafo se desplazaba formando los llamados vórtices de Korman, patrones en remolino generados cuando una capa de fluido se separa al pasar por un objeto generando turbulencia.

Las plumas dentadas de la lechuza le permiten volar silenciosamente.

Nakatsu se basó en las plumas de la lechuza para rediseñar el pantógrafo, el mecanismo articulado que transmite electricidad al tren.

Nakatsu diseñó un nuevo pantógrafo, inspirándose en la forma de las plumas de las lechuzas, aves conocidas por su vuelo silencioso.
Las plumas primarias de las lechuzas tienen bordes dentados que fragmentan el flujo del aire que pasa sobre ellas disminuyendo el sonido.

El ingeniero rediseñó además la base del pantógrafo, creando un nuevo modelo basado en el abdomen liso de una especie de pingüino de la Antártida, el pingüino adelaida, que se desliza con un mínimo de resistencia en el agua.

Biomimesis

El nuevo tren bala Shinkansen 500 rediseñado por Nakatsu logró alcanzar una velocidad de 320 km por hora sin superar el límite de 70 decibeles fijado por el gobierno para zonas residenciales.

El cuerpo liso del pingüino adelaida fue la inspiración para la base del pantógrafo.

Dos décadas después, este tren bala es citado como uno de los mejores ejemplos de innovación inspirada en la naturaleza o biomímesis, el término popularizado por la escritora estadounidense Janine Benyus.

Benyus publicó en 1997 un libro que marcó el inicio de una nueva era en diseño, “Biomímesis: innovación inspirada en la naturaleza”.

“Generalmente aquellos que diseñan todo lo que nos rodea nunca fueron a una clase de biología y por ello son realmente novatos en la forma en que funciona la naturaleza”, afirmó Benyus en el sitio del centro que fundó, el Instituto de Biomímesis, con sede en Montana, Estados Unidos.

“Muchos diseñadores miran lo que hacen otros diseñadores, pero con ello ven sólo a tecnologías humanas”.

Formas y ecosistemas

La biomímesis propone en cambio aprender de las formas de la naturaleza, de sus procesos y sus ecosistemas.

Algunos ejemplos de este diseño son sustancias adhesivas inspiradas en las patas de los gecos, materiales que se limpian con la lluvia como las hojas de una flor de loto, o procesos de producción en los que no hay desperdicio como en el ecosistema de un bosque.

En el caso del tren rediseñado por Eiji Nakatsu, el ingeniero no sólo redujo el ruido. También logró que su modelo fuera 10% más rápido y usara 15% menos electricidad que otros anteriores.

Y como destaca el Instituto de Biomímesis, la hazaña fue posible gracias a las plumas de una lechuza, el abdomen de un pingüino y el pico de un martín pescador.

Fuente: Comercio