Purcell"s three-link swimmer: evaluación de geometría y pasos para desplazamiento y eficiencia óptimos
Autores: Nuevo-Gallardo, Cristina; Traver, José Emilio; Tejado, Inés; Vinagre, Blas M.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Purcell"s three-link swimmer: evaluación de geometría y pasos para desplazamiento y eficiencia óptimos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Desplazamiento
Eficiencia
Geometría
Primitivas de movimiento
Marchas
Optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Este documento estudia el desplazamiento y la eficiencia de un micronadador de tres eslabones de Purcell en régimen de bajo número de Reynolds, capaz de moverse mediante la implementación de un primitivo de movimiento o paso. Se logra una optimización atendiendo a la geometría del nadador y los primitivos de movimiento, considerando la forma del paso y su amplitud. El objetivo es encontrar la geometría del nadador, la amplitud y la forma de los pasos que optimicen el desplazamiento y la eficiencia, tanto de forma individual como combinada (en este último caso se referirá como optimización multiobjetivo). Tres pasos tradicionales se comparan con dos primitivos propuestos por los autores y otros tres pasos definidos recientemente en la literatura. Los resultados demuestran que el mayor desplazamiento se obtiene con el paso de velocidad óptima de Tam y Hosoi, que también logra la mejor eficiencia en términos de consumo de energía. Los pasos rectilíneo y de eficiencia óptima de Tam y Hosoi son los segundos primitivos óptimos. En cuanto a la optimización multiobjetivo y considerando los dos criterios con el mismo peso, los pasos óptimos resultan ser el rectilíneo y el de eficiencia óptima de Tam y Hosoi. Por lo tanto, las conclusiones de este estudio pueden ayudar a los diseñadores a seleccionar, por un lado, la mejor geometría de nadador para un primitivo de movimiento deseado y, por otro lado, el método óptimo de movimiento para el seguimiento de trayectorias para este tipo de nadadores de Purcell según el objetivo de control deseado.
Descripción
Este documento estudia el desplazamiento y la eficiencia de un micronadador de tres eslabones de Purcell en régimen de bajo número de Reynolds, capaz de moverse mediante la implementación de un primitivo de movimiento o paso. Se logra una optimización atendiendo a la geometría del nadador y los primitivos de movimiento, considerando la forma del paso y su amplitud. El objetivo es encontrar la geometría del nadador, la amplitud y la forma de los pasos que optimicen el desplazamiento y la eficiencia, tanto de forma individual como combinada (en este último caso se referirá como optimización multiobjetivo). Tres pasos tradicionales se comparan con dos primitivos propuestos por los autores y otros tres pasos definidos recientemente en la literatura. Los resultados demuestran que el mayor desplazamiento se obtiene con el paso de velocidad óptima de Tam y Hosoi, que también logra la mejor eficiencia en términos de consumo de energía. Los pasos rectilíneo y de eficiencia óptima de Tam y Hosoi son los segundos primitivos óptimos. En cuanto a la optimización multiobjetivo y considerando los dos criterios con el mismo peso, los pasos óptimos resultan ser el rectilíneo y el de eficiencia óptima de Tam y Hosoi. Por lo tanto, las conclusiones de este estudio pueden ayudar a los diseñadores a seleccionar, por un lado, la mejor geometría de nadador para un primitivo de movimiento deseado y, por otro lado, el método óptimo de movimiento para el seguimiento de trayectorias para este tipo de nadadores de Purcell según el objetivo de control deseado.