Uno de los encuentros más espeluznantes que he tenido se produjo hace 25 años, cuando me mudé a mi primera casa. Una mañana temprano, al encender la luz del baño, un ciempiés gigantesco, con sus patas borrosas, subió y pasó por encima de mi pie sin perder el paso. Ahora, incluso la vista de uno envía escalofríos por mi columna vertebral. No es así para Daniel Goldman, un físico biológico del Instituto de Tecnología de Georgia (Georgia Tech) cuyo laboratorio acaba de descubrir cómo estos invertebrados son tan hábiles para correr por los pies, la arena, el suelo, las rocas e incluso el agua. Además, él y sus colegas informaron el mes pasado en la reunión virtual de la Sociedad de Biología Integrativa y Comparada que crearon un robot ciempiés que algún día podría correr a través de los campos de los agricultores para eliminar las malas hierbas problemáticas.
“Sus resultados martillan [home] el punto de que la flexibilidad [makes animals] capaz de una amplia gama de comportamientos”, dice Jake Socha, un biomecánico comparativo del Instituto Politécnico de Virginia y la Universidad Estatal (Virginia Tech) que no participó en el trabajo. Los hallazgos, agrega, revelan los principios previamente desconocidos del movimiento de los ciempiés.
Aunque los ciempiés no suelen tener las 100 patas por las que reciben su nombre, a menudo tienen docenas de pares, uno por segmento del cuerpo. Eso los hace largos y de piernas largas, y capaces de una variedad de movimientos, dice Matthew McHenry, biomecánico de la Universidad de California (UC), Irvine. Los artrópodos primitivos tienen «velocidad, elegancia y eficiencia que son la envidia de los ingenieros», dice McHenry. A pesar de eso, nuestra intuición sobre cómo se mueven «a menudo es incorrecta», dice Socha.
Goldman había estado fascinado por los ciempiés durante mucho tiempo, pero analizar sus movimientos era casi imposible, porque tienen demasiados segmentos corporales y patas para rastrear. Su interés se despertó cuando su postdoctorado, el ingeniero eléctrico Yasemin Ozkan-Aydin, descubrió el valor de tener numerosos segmentos corporales y piernas. Cuando Ozkan-Aydin, ahora científica en robótica en la Universidad de Notre Dame, enganchó dos o tres robots de cuatro patas, las máquinas más largas podían cruzar brechas más anchas y trepar por obstáculos más grandes, incluso afuera en terreno natural, ella y sus colegas informaron el pasado año en ciencia robótica. Así que el laboratorio de Goldman se dedicó por completo al movimiento de los ciempiés.
Otra estudiante, la estudiante de Georgia Tech Eva Erickson, observó cómo los ciempiés cambian la forma en que corren. Muchos animales, incluidos los caballos y las personas, alteran su modo de andar, la forma en que sus piernas se mueven en relación con su cuerpo, a medida que aumentan su velocidad. Pero, utilizando un sofisticado programa de seguimiento de video llamado DeepLabCut, Erikson encontró el ciempiés Scolopocryptops sexspinosus en cambio, cambia su modo de andar para adaptarse a los desafíos de su terreno.
Normalmente, S. sexspinoususLas piernas de ‘s se mueven en una ola, como dedos tamborileando sobre una mesa. Pero a veces, la dirección de la ola cambia. En superficies planas, la ola comienza en el último tramo y viaja hacia adelante. Pero cuando las cosas se ponen difíciles, la onda se invierte, con la pata delantera moviéndose primero para establecer un punto de apoyo, informó Erickson en la reunión. Después de eso, cada tramo sigue de la misma manera, aterrizando exactamente en el mismo lugar que el tramo anterior. Cuanto más altos sean los obstáculos, más probable es que el ciempiés adopte esta llamada locomoción retrógrada, dijo Erickson.
Si terminan en el agua, los ciempiés también pueden “nadar” para rescatarse a sí mismos. Cuando Kelimar Díaz, una estudiante de posgrado de Georgia Tech, investigó el comportamiento, ella también encontró ciempiés. ajustaron sus movimientos a su entorno. Los videos revelan la especie. Forficatus litobio comienza a “nadar” agitando las piernas. Pero luego gira rápidamente su cuerpo de un lado a otro, momento en el que se mueve hacia adelante (ver video, a continuación). “De alguna manera, los ciempiés saben que ondular sus cuerpos genera las fuerzas adecuadas”, informó Díaz en la reunión.
Otro estudiante graduado en el laboratorio, Baxi Chong, analizó cómo se sincronizan las ondas separadas en las piernas y los cuerpos. Para predecir qué combinación de ondas de cuerpo y pasos funciona mejor, utilizó una técnica de modelado matemático propuesta por primera vez por físicos de partículas. El modelo produjo numerosas combinaciones de ondas de piernas y cuerpo, que luego probó en un robot ciempiés construido únicamente para comprender cómo se mueven estos animales.
Primero, Chong programó el robot para que moviera las piernas y el cuerpo de forma sincronizada. Pero pronto descubrió que el robot estaba más rápido cuando hubo un retraso entre las dos ondas, informó en la reunión. Pruebas adicionales revelaron que algunas combinaciones hicieron que el robot se moviera hacia atrás. Estos experimentos, dice el biólogo integrador de UC Berkeley, Robert Full, han «desvelado los secretos» de la coordinación de los ciempiés.
El trabajo posterior del grupo de Goldman descubrió que el robot funciona mejor si sus piernas están articuladas y los segmentos del cuerpo son flexibles. “Ser suave y blando tiene muchas ventajas tanto para los animales como para los robots”, dice Socha. “Y los animales que son largos y flacos pueden aprovechar las combinaciones de ondas” para moverse, añade.
Los últimos robots de Goldman son flexibles y combinan la agilidad de una cucaracha con el alcance de una serpiente. El próximo paso, dice, es capacitarlos para realizar tareas prácticas, como la identificación y erradicación de malezas. Trabajando con Philip Benfey, un biólogo de desarrollo de plantas de la Universidad de Duke, Goldman planea equipar sus robots con un software de inteligencia artificial que pueda identificar malezas individuales; el dúo imagina robots que luego podrían inyectar herbicida o usar un láser o una descarga eléctrica para matarlos.
Y si Ozkan-Aydin se sale con la suya, un día enjambres de ciempiés robóticos ayudarán a los humanos con otras tareas: plantar y cosechar cultivos, mover mercancías, monitorear el medio ambiente e incluso explorar el espacio. A mí me parece bien, siempre y cuando no se me pongan en los pies.
