Un equipo dirigido por investigadores de la UNC-Chapel Hill ha hecho un descubrimiento extraordinario que está dando nueva forma a nuestra comprensión de las burbujas y su movimiento.
© Nature CommunicationsBurbujas galopantes
Este fenómeno contraintuitivo, revelado en un nuevo estudio publicado en Nature, tiene importantes implicaciones para la tecnología, desde la limpieza de superficies hasta la mejora de la transferencia de calor en microchips e incluso el avance de las aplicaciones espaciales.
Estas burbujas galopantes ya están acaparando una gran atención: su impacto en el campo de la dinámica de fluidos ha sido reconocido con un premio por su vídeo en la última edición de la Gallery of Fluid Motion, organizada por la American Physical Society.
«Nuestra investigación no sólo responde a una pregunta científica fundamental, sino que también inspira la curiosidad y la exploración del fascinante e invisible mundo del movimiento de los fluidos», afirma Pedro Sáenz, investigador principal y profesor de Matemáticas Aplicadas en UNC-Chapel Hill. «Al fin y al cabo, las cosas más pequeñas pueden provocar a veces los mayores cambios».
Una burbuja de 25 mm3 vibrada verticalmente con frecuencia f = 40 Hz oscila de forma axisimétrica alrededor del eje vertical cuando la amplitud de impulsión, A = 0,2 mm está por debajo del umbral de galopamiento, AG > A. Aquí, Re = 20,5, Bo = 2,9, We = 36,2. Cuando la amplitud de impulsión excede el umbral de galopamiento, A= 0.46 mm > AG, la simetría sobre el eje vertical se rompe espontáneamente y la burbuja comienza a autopropulsarse a lo largo de la pared superior. En este caso, Re = 46,1, Bo = 2,9, We = 36,2. En el espacio abierto, una burbuja galopante puede seguir trayectorias rectas.
Una pregunta sencilla, una respuesta revolucionaria
En colaboración con un colega de la Universidad de Princeton, el equipo de investigación trató de responder a una pregunta aparentemente sencilla: ¿Podría la agitación de burbujas hacia arriba y hacia abajo hacer que se movieran continuamente en una dirección?
Para su sorpresa, las burbujas no sólo se movían, sino que lo hacían perpendicularmente a la dirección de la agitación. Esto significa que las vibraciones verticales se transformaban espontáneamente en movimiento horizontal persistente, algo que desafía la intuición común en física. Además, al ajustar la frecuencia y la amplitud de las sacudidas, los investigadores descubrieron que las burbujas podían alternar entre distintos patrones de movimiento: movimientos en línea recta, trayectorias circulares y zigzagueos caóticos que recuerdan a las estrategias de búsqueda de las bacterias.
«Este descubrimiento transforma nuestra comprensión de la dinámica de las burbujas, que suele ser impredecible, en un fenómeno controlado y versátil con aplicaciones de gran alcance en transferencia de calor, microfluídica y otras tecnologías», explicó Connor Magoon, coautor y estudiante de posgrado de matemáticas en UNC-Chapel Hill.
Futuras innovaciones y aplicaciones en el mundo real
Las burbujas desempeñan un papel fundamental en numerosos procesos cotidianos, desde la efervescencia de los refrescos hasta la regulación del clima y aplicaciones industriales como los sistemas de refrigeración, el tratamiento de aguas y la producción química.
Controlar el movimiento de las burbujas ha sido durante mucho tiempo un reto en múltiples campos, pero este estudio introduce un método totalmente nuevo: aprovechar la inestabilidad de un fluido para dirigir las burbujas de forma precisa.
Una aplicación inmediata son los sistemas de refrigeración de microchips. En la Tierra, la flotabilidad elimina de forma natural las burbujas de las superficies calientes, evitando el sobrecalentamiento. Sin embargo, en entornos de microgravedad como el espacio, no hay flotabilidad, por lo que la eliminación de burbujas es un problema importante. Este método recién descubierto permite eliminar activamente las burbujas sin depender de la gravedad, lo que puede mejorar la transferencia de calor en satélites y sistemas electrónicos espaciales.
© Nature CommunicationsAplicaciones de las burbujas galopantes
«El mecanismo de autopropulsión recién descubierto permite a las burbujas recorrer distancias y les confiere una capacidad sin precedentes para navegar por intrincadas redes de fluidos», explica Saiful Tamim, coautor del trabajo e investigador postdoctoral adjunto en UNC-Chapel Hill. «Esto podría ofrecer soluciones a antiguos retos en transferencia de calor, limpieza de superficies e incluso inspirar nuevos sistemas robóticos blandos».
Un salto adelante en la investigación sobre burbujas
Las burbujas han fascinado a los científicos durante siglos. Leonardo da Vinci fue uno de los primeros en documentar sus trayectorias erráticas, describiendo cómo se mueven en espiral de forma impredecible en lugar de elevarse en línea recta. Hasta ahora, controlar el movimiento de las burbujas era todo un reto, ya que los métodos disponibles eran escasos y poco versátiles. Esta nueva investigación cambia esa perspectiva, demostrando que las burbujas pueden guiarse por trayectorias predecibles utilizando vibraciones cuidadosamente sintonizadas.
«Es fascinante ver cómo algo tan simple como una burbuja revela un comportamiento tan complejo y sorprendente», afirma Jian Hui Guan, coautor y ayudante de investigación posdoctoral en UNC-Chapel Hill. «Al aprovechar un nuevo método para mover burbujas, hemos desbloqueado posibilidades de innovación en campos que van desde la microfluídica a la transferencia de calor».
El descubrimiento de las burbujas galopantes representa un importante salto adelante en nuestra comprensión de la dinámica de las burbujas, con implicaciones que se extienden a todos los ámbitos industriales. A medida que los investigadores sigan explorando y perfeccionando este fenómeno, el mundo podría ver pronto nuevas tecnologías que aprovechen el poder de estas diminutas y acrobáticas burbujas.
Más información: Jian H. Guan et al, Galloping Bubbles, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56611-5
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