El ritmo de los latidos del corazón reduce la energía necesaria para hacer circular los fluidos al reducir la cantidad de turbulencias.
Introducción
Alrededor del 10% de su peso es sangre y, en este momento, se mueve por todo su cuerpo, transportando oxígeno y nutrientes a cada una de sus células, eliminando sus desechos, manteniendo a sus células inmunes patrullando, ayudando a regular su temperatura y coagulando cuando necesario. Su corazón es lo que hace que este fluido altamente funcional fluya, empujando 1.5 galones de líquido a un metro por segundo a través de una asombrosa cantidad de 60,000 millas de vasos sanguíneos, una distancia de 2.5 veces alrededor del planeta.
La fricción del fluido en movimiento a través de 60,000 millas de tubos, la mayoría de los cuales son mucho más pequeños que el diámetro de un cabello humano, agotaría cualquier bomba. Y, sin embargo, el corazón humano mueve este fluido a través del cuerpo día y noche, durante décadas. ¿Cómo lo hace?
La estrategia
En una tubería (como un vaso sanguíneo), el líquido puede fluir de dos maneras generales. En el flujo laminar, el fluido se mueve suavemente en una dirección recta general paralela a la dirección de la tubería. En un flujo turbulento, el fluido se mueve de forma más caótica, en muchas direcciones diferentes a la vez. Cuanto más caóticamente fluye un fluido, más fricción (es decir, resistencia) tiene consigo mismo y con la pared interna de la tubería por la que se mueve, y más fuerza se requiere para empujar el fluido a través de la tubería. El flujo turbulento es la norma en el movimiento de fluidos a través de tuberías hechas por el hombre, pero el flujo laminar es la norma en el movimiento de la sangre a través de los vasos sanguíneos.
A diferencia de las bombas que funcionan continuamente, el corazón utiliza un patrón de pulsaciones. Expulsa la sangre con una breve contracción y luego se vuelve a llenar durante una breve expansión llamada "diástole". Durante este período de "descanso", el flujo sanguíneo del empujón anterior se ralentiza y cualquier turbulencia que se desarrolle se calma. Esto crea condiciones favorables y tranquilas a medida que la siguiente contracción envía otra oleada de sangre. El patrón alterno permite al corazón mantener flujos laminares en el sistema circulatorio, reduciendo en gran medida la fuerza necesaria para mover la sangre a través de esta extensa red de vasos.
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Las posibilidades
Las bombas artificiales funcionan continuamente mientras están en funcionamiento. Sin embargo, cuando los investigadores diseñaron una bomba para que funcionara como un corazón, tanto en fase pulsátil como en fase de reposo, el flujo turbulento en la tubería se volvió laminar. El resultado fue una reducción del 27 % en la resistencia y una mejora general del 9 % en la eficiencia energética en comparación con una bomba convencional de funcionamiento continuo. Hay más de 2 millones de millas de tuberías que transportan fluidos en el mundo, por lo que cualquier innovación en el diseño de tuberías para reducir la resistencia requiere un enorme cambio en la infraestructura. Las innovaciones en bombas son mucho más fáciles de implementar. Dado que casi el 20% de nuestro presupuesto eléctrico mundial se destina al funcionamiento de bombas, la implementación de esta innovación biomimética en todo el mundo podría reducir el uso eléctrico global en alrededor del 2%.
