19/May/04

Insectos en la ciencia: descubren secretos de las orugas

TEMAS: Biología, Zoología, Entomología, Insectos, Orugas, Larvas, Lepidoptera

Las orugas tienen una manera particular de moverse y trepar, que los especialistas en robótica no ha considerado demasiado hasta el momento.

Barry Trimmer, neurobiólogo de la Universidad de Tufts en Medford/Somerville, Massachusetts, Estados Unidos, está logrando avances en develar los secretos del modo en que las orugas maniobran y trepan, y algún día piensa utilizar estos conocimientos para construir robots flexibles que puedan explorar los órganos internos, los vasos sanguíneos y el interior de las tuberías.

Trimmer recibió recientemente un tercer aporte de fondos del National Science Foundation en apoyo de esta investigación, sumando casi us$ 1 millón hasta la fecha.

Timmer es profesor asociado de biología en la School of Arts and Sciences de Tufts, y tiene una maestría en biología y neurofisiología celular, y además trabaja en ingeniería biomédica y neurociencias.

"Estamos tratando de entender cómo controla el sistema nervioso estos complejos movimientos, de manera que podames reproducirlos y construir nuestros propios robots de cuerpo blando que maniobren con facilidad, como una oruga", dijo Trimmer.

Agregó, "nuestra investigación tiene uso potencial en el diseño y el control de un nuevo tipo de robots flexibles que se podrían utilizar para navegar dentro de cañerías o de estructuras intrincadas tales como los vasos sanguíneos y los conductos de aire, así como operaciones en los tranbordadores espaciales y en la construcción de edificios".

El laboratorio de Trimmer sería el único de su clase que se enfoca en la locomoción de los insectos de cuerpo blando, específicamente en su sistema nervioso y en cómo fiunciona la biomecánica de las orugas. (Hay muchos biólogos e ingenieros que estudian los esqueletos y las articulaciones de los animales con la meta de construir robots articulados, pero no flexibles.)

Se están examinando detalladamente dos aspectos específicos del movimiento de las orugas: primero, la investigación procura entender cómo controla el arrastre el sistema nervioso central y cómo interactúa éste con las estructuras periféricas, tales como músculos y cutículas. En segundo lugar, se está examinando la capacidad única de las orugas de trepar usando ganchos curvados ubicados en los extremos de unas prolongaciones abdominales. Este agarre es pasivo pero muy fuerte (similar al que se logra con los ganchos del velcro) y puede ser liberado activamente.

Para examinar estas cuestiones, Trimmer y su equipo de investigación están utilizando cinemática en 3D, electromiografía, mediciones hidráulicas, imagen de resonancia magnética, modelado y animación 3D y pruebas con biomateriales.

Las orugas tienen un útil modelo de supervivencia: no escapan de los depredadores corriendo, sino que, por el contrario, utilizan camuflaje, defensas químicas y comportamiento de ocultación. En consecuencia su movimiento —su modo de arrastrarse— se ha desarrollado para componer una forma altamente especializada de locomoción que permite que los animales de cuerpo blando puedan arrugar, comprimir y rotar secciones de su cuerpo en estructuras tridimensionales confinadas, tales como tubos y ramas.

Trimmer está trabajando con sus colegas de física, matemáticas e ingeniería industrial de la universidad Tuft, y a menudo emplea a estudiantes para que lo ayuden en la investigación. La mayor parte del conocimiento sobre cómo nos movemos los seres humanos se basa en la investigación sobre criaturas que caminan, vuelan o nadan gracias a sus huesos y exoesqueletos rígidos (una estructura externa dura que proporciona protección y soporte). Observando animales de cuerpo blando como la oruga, Trimmer puede copiar alguna de las formas únicas con que se mueven.

Este verano el equipo comenzará a diseñar una simulación computerizada del modelo físico de locomoción, y esperan tener listo un prototipo operativo en año que viene.

"Primero debemos resolver el problema de los músculos artificiales, actualmente no hay buenos actuadores blandos (motores) disponibles", explicó Trimmer.

"El profesor Trimmer está abriendo camino en el campo de los biosistemas y procesos nerviosos", dijo Susan Ernst, bióloga y decana de la Escuela de Artes y Ciencias. "Su trabajo podía ayudar a los científicos e ingenieros de todo el mundo a lograr movilidad en situaciones complejas e incluso peligrosas".

Trimmer es nativo del condado de Leicestershire, en Inglaterra, y está en Tuft desde 1990. Ha presentado su trabajo sobre el control neural de la locomoción en cuerpos blandos en varias reuniones los últimos dos años, incluyendo la British Biochemical Society, la reunión East Coast Nerve Net, la reunión anual de la Society for Neuroscience y la reunión abual de la Society for Integrative and Comparative Biology.

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