La orientación de una artemia salina o de una pequeña varilla puede cambiar hacia dónde se transfiere la energía en un flujo turbulento bidimensional. El hallazgo cuestiona la idea de que esa cascada siga un único rumbo y abre una vía para estudiar la mezcla de fluidos.

Las artemias salinas, conocidas popularmente como monos de mar, suelen medir cerca de un centímetro y nadan agitando sus patas. En un laboratorio de la Universidad de Pittsburgh, ese movimiento ayudó a plantear una pregunta sobre la turbulencia: si la energía de un fluido siempre se desplaza en el mismo sentido o si una intervención geométrica puede cambiarlo.

El ángulo que modifica la cascada

El equipo encabezado por la ingeniera Lei Fang encontró que la orientación de un nadador o de una varilla puede alterar la transferencia de energía en un sistema turbulento bidimensional. El resultado describe un mecanismo en el que un ángulo respecto del estiramiento máximo del flujo distingue entre transferencias hacia escalas mayores y menores.

Para observar el fenómeno, Xinyu Si vertió una película delgada de agua salada sobre una superficie de vidrio en un tanque y colocó imanes debajo. Al aplicar corriente eléctrica al fluido conductor, la interacción con los imanes generó movimiento en sentidos opuestos a ambos lados de un canal y creó un gradiente de velocidades en la zona central, donde el equipo incorporó artemias.

Al calcular cómo los cuerpos de los animales perturbaban el agua, Si y Fang observaron que no solo aumentaban el desorden del sistema: también parecían cambiar la dirección de la transferencia energética. En pruebas repetidas, cuando una artemia nadaba a menos de 45 grados respecto de la dirección de máximo estiramiento, la energía pasaba de escalas menores a mayores, como se espera en una cascada inversa bidimensional.

Con un ángulo superior a 45 grados respecto de esa misma dirección, el flujo energético se invertía y extraía energía de la escala mayor para alimentar perturbaciones menores. El patrón llevó a los investigadores a considerar que la orientación corporal no era un detalle incidental, sino un factor capaz de modificar el rumbo de la cascada bajo las condiciones examinadas.

Varillas, simulaciones y límites del modelo

Para interpretar el resultado, Fang y Si recurrieron a la geometría tensorial, una herramienta matemática que permite describir magnitudes que varían en más de una dirección. En su modelo, un tensor representa cómo el cizallamiento del agua a gran escala afecta la energía, mientras otro recoge la influencia de los movimientos de los nadadores a pequeña escala.

La alineación entre esos dos tensores depende de la orientación del cuerpo que se desplaza por el fluido y, según los investigadores, determina cómo se transfiere la energía. Según el reportaje de Quanta, Fang y Si ya habían reportado en 2024 que el ángulo entre la artemia y las fuerzas del líquido podía alterar esa dirección.

En una siguiente etapa, Si y Fang reemplazaron los animales por varillas de un centímetro, más fáciles de medir, y encontraron que podían dirigir la transferencia energética al cambiar su orientación respecto del flujo. También solicitaron a Filippo De Lillo y Guido Boffetta, de la Universidad de Turín, que examinaran el fenómeno; las simulaciones numéricas de ambos reprodujeron el efecto.

Francesca De Serio, experta en hidrodinámica de la Universidad Politécnica de Bari, describió el trabajo como una demostración de que intervenciones pequeñas y específicas pueden revelar transferencias de energía entre escalas. La propuesta no convierte un sistema bidimensional en uno tridimensional, pero sugiere que los científicos podrían aprovechar conocimientos de ambos dominios para investigar cómo se mueve la energía en situaciones más complejas.

Los autores advierten que el experimento empleó una capa poco profunda de fluido y que la fricción dificultaba iniciar la turbulencia. Esa configuración débilmente turbulenta difiere de los sistemas tridimensionales intensos más comunes en la naturaleza, por lo que el resultado no demuestra por sí solo que el mismo control funcionará sin cambios en ríos, atmósferas u otros entornos.

Aun así, desde el punto de vista matemático no hay una razón evidente para descartar que las observaciones puedan extenderse a escenarios de mayor escala. Si, ahora investigador posdoctoral en la Universidad de Rochester, y Fang exploran esa posibilidad con tornados de mesa, mientras investigan cómo perturbar la barrera de transporte, el umbral que separa dos fluidos mientras se mezclan.

Según la teoría de Fang, alterar esa frontera podría requerir menos de 1% de la energía necesaria para mantenerla intacta. Entre las aplicaciones que los investigadores consideran figuran el control de la contaminación y la mezcla de fluidos para el desarrollo de fármacos, aunque el artículo no presenta esos usos como tecnologías ya demostradas.

Por ahora, el resultado central es más acotado: en el sistema bidimensional estudiado, cambiar la orientación de un elemento modificó el sentido de la transferencia energética y puso en primer plano una variable sencilla, la geometría.