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Agencia CyTA - Instituto Leloir. Por Alejandro Manrique

Salamandra Robótica

En un intento por develar el aspecto evolutivo de los primitivos animales que pasaron del agua a la tierra, un grupo de investigadores europeos desarrolló un modelo de robot anfibio para verificar conceptos de la biología. La investigación podría llevar a una mejor comprensión de los sofisticados circuitos de la espina dorsal humana.
(Agencia CyTA - Instituto Leloir. Por Alejandro Manrique) - Los paleontólogos han hallado fósiles que datan de unos 360 millones de años atrás y que muestran el proceso por el cual las aletas de los animales acuáticos se transformaron en miembros para apoyarse sobre el terreno.
Antes de la aparición de los vertebrados cuadrúpedos, todos los animales con espina dorsal estaban confinados en el agua y la forma en cómo pasaron a la tierra firme no es aún clara. Según investigaciones recientes, la transición indica que no habrían necesitado de un gran salto en el desarrollo del cerebro.
Para la comprensión de este fenómeno, científicos de la École Polytechnique Fédérale de Laussane (EPFL), Suiza, han desarrollado un robot anfibio cuyos circuitos eléctricos imitan el cambio de movimientos para pasar de nadar a caminar. El punto clave fue entender cómo la espina dorsal evolucionó desde los movimientos del nado hacia una coordinación entre el cuerpo y sus miembros para poder marchar.
El robot, denominado “Salamandra Robotica”, tiene forma de salamandra con cuatro miembros y mide cerca de un metro de longitud. El aparato se mueve como un único dispositivo, pero en realidad se compone de nueve segmentos plásticos de color amarillo y cada uno de ellos contiene una batería con un microcontrolador electrónico.
El trabajo donde se presenta el robot fue publicado en un reciente número de la revista Science por científicos del EPFL de Suiza y el centro de investigación INSERM de la Universidad de Bordeaux, en Francia. La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de la Ciencia de Suiza y el Ministerio de Investigación y Tecnología de Francia.
El profesor Auke Jan Ijspeert, del Instituto de Computación y Sistemas Multimedia del EPFL, líder del equipo, explicó que el robot sirve como una herramienta útil para la neurobiología. “Usamos el robot para mostrar que nuestro modelo realmente refleja la realidad. El robot fue muy útil para validar que nuestro modelo efectivamente podría modular la velocidad, la dirección y el andar, aspectos que necesita un cuerpo mecánico para ser apropiadamente evaluados y también verificar que los movimientos generados son parecidos a los de una salamandra real”.
Las salamandras, criaturas anfibias, nadan como los peces prehistóricos y se arrastran sobre el terreno al igual que los lagartos o antiguos animales. Estudios previos han mostrado que los anfibios tienen dos redes nerviosas principales a lo largo de sus espinas dorsales que controlan el desplazamiento y el nado: una red envía señales a los miembros y la otra al cuerpo para lograr movimientos ondulatorios al nadar. Ambos centros nerviosos son controlados por la misma región central del cerebro.
Los investigadores usaron un modelo numérico para la espina dorsal de la salamandra que les permitiera explorar tres cuestiones relacionadas con el movimiento de este vertebrado: cuáles fueron los cambios en la espina dorsal que hicieron posible su evolución de la locomoción acuática a la terrestre; cómo se coordinan los movimientos de los miembros con los del cuerpo; y cómo una simple señal eléctrica desde el cerebro se interpreta por la espina dorsal en un cambio en la marcha.
En primera instancia, diseñaron un sistema nervioso elemental basado en un pez primitivo similar a una anguila. Ese diseño fue luego modificado para mostrar cómo podría evolucionar hacia un sistema nervioso que controlaría la acción de caminar. El sistema finalmente implementado consistió en osciladores acoplados, que representan redes neuronales en la espina dorsal del robot con forma de salamandra. Las señales eléctricas, iguales a las enviadas desde el cerebro superior a la espina dorsal, se enviaron en forma inalámbrica desde una computadora portátil al robot.
Estas señales fueron suficientes para lograr que el robot cambiara su velocidad y dirección, para luego pasar de caminar a nadar. El aparato se arrastró por el piso, por la costa e incluso pudo nadar en el Lago Ginebra. En los movimientos de nado el robot usa ondulaciones, mientras que en tierra efectúa pasos lentos con sus miembros diagonalmente opuestos, que se mueven al mismo tiempo en tanto el cuerpo muestra una forma de “S” como una serpiente.
El modelo, por lo tanto, suministra una probable explicación en todos los organismos cuadrúpedos de cómo el desplazamiento ágil se controla por medio de mecanismos neuronales distribuidos que se encuentran en la espina dorsal.
En ese aspecto, esta investigación podría indicar la forma de funcionamiento de los complejos circuitos existentes en la espina dorsal del hombre. Si las señales de control que recibe la espina dorsal pudieran identificarse, tal vez sería factible que se las reproduzca mediante estimulaciones eléctricas en pacientes con daños en la espina dorsal.
El aparato revela mucho acerca de la evolución de la locomoción de los vertebrados y es también una demostración efectiva de que los robots pueden utilizarse para probar y verificar conceptos de la biología evolutiva, y que, con frecuencia, la misma naturaleza ofrece soluciones ideales para el diseño en robótica.
Ijspeert destacó que “la Naturaleza encontró una forma admirable de hacer un circuito sofisticado en la espina dorsal y luego controlar los músculos desde allí”, para agregar que “es una solución fantástica para coordinar múltiples grados de libertad de una manera simplemente distribuida”.
Otra aplicación para estos robots, que pueden cambiar velocidad, dirección y marcha con simples señales remotas, es su utilización en operaciones de búsqueda y rescate.

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