“Vimos sangre en el techo... Era un caos total”.
Eso fue parte de lo que contó un pasajero de un vuelo de la aerolínea Singapore Airlines que se vio afectado por fuertes turbulencias al volar por el sur de Myanmar en 2024. “Había mucha gente tirada en el suelo”, relataba.
A inicios de este año, un avión Boeing 787 de United Airlines también sufrió fuertes turbulencias mientras sobrevolaba Filipinas. Una azafata salió disparada contra el techo, lo que le provocó una conmoción cerebral y una fractura en el brazo.
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Incidentes de fuertes turbulencias como estos están aumentando como consecuencia del cambio climático provocado por las actividades humanas.
Las turbulencias severas en aire claro (CAT, por sus siglas en inglés), es decir, aire muy agitado que es invisible para los satélites, los radares y el ojo humano, han aumentado un 55% desde 1979, cuando comenzaron los registros meteorológicos fiables, según una investigación de Paul Williams, profesor de Ciencias Atmosféricas de la Universidad de Reading (Reino Unido).
Se prevé que las turbulencias se tripliquen en todo el mundo para la década de 2050 y que tengan un impacto importante en las rutas de Asia Oriental y el Atlántico Norte.
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Esto podría influir en que la gente ya no quiera volar. Entre las razones más comunes que dan las personas para justificar su miedo a subirse a aviones se encuentran la pérdida de control y una experiencia previa con turbulencias.
Pero las turbulencias, además de ser potencialmente peligrosas, también suponen un costo para la industria de la aviación, ya que causan desgaste a los vehículos y alargan algunos vuelos, pues los pilotos intentan evitarlas. Estas maniobras implican un mayor consumo de combustible y un aumento de las emisiones de gases contaminantes.
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Aunque las turbulencias suelen ser más una cuestión de incomodidad que de lesiones o muerte, el aumento del volumen de movimientos caóticos en la atmósfera significa que las aerolíneas, los científicos y los ingenieros se enfrentan al reto de encontrar formas de mitigar el problema.
Cambios en las alas
Volar directamente a través de remolinos, vórtices y corrientes ascendentes con una perturbación mínima requiere no solo ingeniería de precisión, sino también muchas matemáticas avanzadas y un análisis de la dinámica de fluidos. (El aire, al igual que el agua, es un fluido).
El panorama siempre será complicado porque la naturaleza fundamental de las turbulencias es que son caóticas. Pequeñas perturbaciones, desde cómo el viento se desvía de un edificio hasta la estela de otra aeronave, pueden cambiar el comportamiento de las corrientes en el aire.
Turbulence Solution, una firma con sede en Austria, ha desarrollado pequeños “flaplets” que pueden añadirse a los alerones (o flaps) más grandes de las alas de los aviones.
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Los flaplets ajustan ligeramente su ángulo para contrarrestar los cambios en el flujo de aire basándose en las lecturas de presión tomadas inmediatamente delante de ellos en el borde de ataque del ala.
Esto ayuda a estabilizar el avión, de forma similar a como las aves utilizan pequeños ajustes de sus plumas mientras vuelan.
La empresa afirma que su tecnología puede reducir las cargas de turbulencia que sienten los pasajeros en más de un 80 %. Hasta ahora solo ha probado la tecnología en aviones pequeños, aunque el director ejecutivo, Andras Galffy, que es piloto acrobático, confía en que se pueda ampliar para aviones mucho más grandes.
“La opinión generalizada es que se pueden evitar o aceptar las turbulencias y hacerles frente abrochándose el cinturón y reforzando el ala”, explica.
“Pero nosotros decimos que no es necesario aceptarlas. Solo se necesita la señal adecuada. Para los aviones ligeros, esto siempre ha sido un problema, pero incluso para la aviación comercial se está volviendo más grave porque las turbulencias están aumentando”.
Una tarea ideal para la IA
Las turbulencias pueden ser difíciles de comprender para los humanos, pero puede que la inteligencia artificial (IA) lo asimile más fácilmente.
“El aprendizaje automático es muy bueno para encontrar patrones en volúmenes grandes de datos”, afirma Ricardo Vinuesa, investigador en mecánica de fluidos, ingeniería e inteligencia artificial en el Instituto Real de Tecnología KTH de Estocolmo. “La turbulencia podría ser la aplicación perfecta para la IA”.
En un experimento reciente, Vinuesa y sus colegas del Centro de Supercomputación de Barcelona y la Universidad Técnica de Delft probaron un sistema de IA que controlaba “chorros sintéticos” de aire en el ala simulada de un avión.
La IA se entrenó mediante el aprendizaje profundo por refuerzo, un proceso en el que el modelo aprende por ensayo y error, de forma similar a como un niño pequeño aprende a caminar. “En lugar de hacer mediciones a contracorriente, podemos utilizar la IA para crear simulaciones numéricas muy precisas del comportamiento del flujo de aire basadas en mediciones tomadas directamente en el ala”, explica.
“Y mientras que las redes neuronales artificiales [los modelos computacionales que usa la IA para aprender patrones] suelen considerarse cajas negras, nosotros utilizamos IA explicable, lo que nos permite determinar qué mediciones son más importantes para las predicciones generadas por el modelo”, añade.
Vinuesa y sus colegas están trabajando con empresas tecnológicas para seguir desarrollando la tecnología.
El año pasado, un equipo de Caltech y Nvidia generó turbulencias extremas dentro de un túnel de viento para probar un sistema de detección y predicción basado en IA para drones, con resultados prometedores.
Expertos del Centro de Investigación Langley de la NASA probaron un micrófono especialmente diseñado para detectar frecuencias infrasónicas ultrabajas creadas por remolinos de turbulencias en aire claro a una distancia de hasta 480 km.
Otro enfoque que se ha estado desarrollando activamente desde al menos 2010 consiste en el uso de la detección y localización por luz (Lidar) para crear un mapa 3D del aire que rodea a un avión, de forma muy similar a como los autos autónomos crean una nube de puntos de los objetos y vehículos cercanos para navegar por su entorno.
Un estudio chino de 2023 propuso un sistema Lidar de “doble longitud de onda”, que, según afirman, puede observar turbulencias de ligeras a moderadas entre 7 y 10 km por delante de la aeronave.
Desgraciadamente, la menor densidad de las moléculas de aire a gran altitud hace que los instrumentos sean demasiado grandes, pesados y consuman demasiada energía para poder utilizarlos en los aviones comerciales actuales.
¿Qué se está haciendo ahora?
La convergencia de la fabricación, la inteligencia artificial y los nuevos sensores podría transformar la aviación en la segunda mitad del siglo XXI.
Pero, ¿qué ocurre hoy en día? Antes del despegue, los pilotos comprueban los informes meteorológicos y estudian los mapas de las corrientes en chorro. Consultan el software de planificación de vuelos y comprueban las previsiones, como la Guía Gráfica de Turbulencias (GTG), a la que contribuyó Paul Williams.
“Hace unos 20 años podíamos predecir alrededor del 60% de las turbulencias”, afirma, “hoy en día es más bien un 75%, y supongo que mi objetivo profesional es seguir aumentando esa cifra”.
Cuando se le pregunta qué frena el progreso, Williams responde que es el acceso a los datos sobre turbulencias medidos por los aviones. “Los investigadores tienen que comprar los datos, y no son baratos”.
Gracias a los avances en computación, la inteligencia artificial y el número cada vez mayor de satélites, las previsiones meteorológicas están mejorando, pero existe una falta generalizada de mediciones del viento por encima de la superficie terrestre.
Lo que sabemos proviene de unos 1.300 balones meteorológicos repartidos por todo el planeta y de los acelerómetros de aproximadamente 100.000 vuelos comerciales que surcan los cielos cada día.
Turbulence Aware, de la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA), analiza y comparte datos sobre turbulencias en tiempo real y ahora lo utilizan aerolíneas como Air France, EasyJet y Aer Lingus.
Para los pasajeros, cada vez hay más aplicaciones que dan acceso a datos que hasta ahora solo podían ver los pilotos y los despachadores de vuelos, una de las cuales es Turbli.
“Yo uso Turbli. Me parece bastante precisa, teniendo en cuenta que no conocen la ruta exacta, por lo que no pueden ser 100 % precisos”, dice Williams.
“Pero es un poco como un hipocondríaco que busca sus síntomas en Google. No estoy seguro de que siempre ayude”, remata. (I)
