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Uno de los animales más extraños y antiguos que habita los mares, el caballito de mar, está inspirando algunas de las más novedosas aplicaciones robóticas. Un equipo internacional de investigadores ha creado dos modelos de colas con tecnología 3D, una cilíndrica y otra cuadrada como la de los hipocampos. Al compararlas, los científicos demuestran que, al ser la estructura cuadrada más flexible y resistente, su mecanismo podría aplicarse a diversos usos en la medicina y la industria.
Los caballitos de mar utilizan su cola para pasar inadvertidos para sus depredadores, capturar a sus presas o aferrarse a objetos en los suelos marinos. A pesar de poseer una estructura ósea que rodea todo su cuerpo, la cola del hipocampo es flexible.
En un estudio, publicado en la revista Science, un equipo formado por científicos de diferentes instituciones busca aplicar en diversos campos la estructura de la cola de estos animales marinos.
“Un brazo robótico con características similares a la cola de esta especie se podría utilizar en la industria, en la medicina o incluso para fines militares”, indica a Sinc Michael M. Porter, investigador de la Universidad de Clemson en Carolina del Sur (EE UU) y líder del estudio.
A pesar de que, como armadura, esta aplicación ya se usa en robots, el diseño inspirado en la cola de los caballitos de mar puede ser más ligero y flexible que la de los robots tradicionales y, a su vez, "más robusta y resistente", apuntan los autores.
“Esta estructura cuadrada podría recubrir las vainas de perforación para la exploración de gas y petróleo, y formar exoesqueletos humanos con fines militares o para personas con alguna discapacidad”, explica el autor principal.
Los esqueletos de los caballitos de mar están compuestos por placas óseas altamente articuladas que rodean una columna vertebral central. Derecha: prototipos. / Michael Porter/Clemson University/UC San Diego
La cola cuadrada frente a la cilíndrica
Los científicos han explorado la mecánica y resistencia de dos modelos tridimensionales. Uno que imita la estructura natural (de prismas cuadrados) y otro hipotético (cilíndrico) de la cola de los caballitos de mar.
“La estructura cuadrada es tres veces más rígida, cuatro veces más fuerte y 1,5 veces más elástica que la circular cuando se someten a un aplastamiento”, subraya Porter.
Para llegar a estas conclusiones, los autores retorcieron y doblaron ambos modelos e incluso los golpearon con un mazo, y descubrieron que la versión cuadrada era más resistente a la torsión y volvía de forma más eficaz a su forma natural.
Según el estudio, la cola de los caballitos de mar, dispuesta en varios segmentos de anillos compuestos por cuatro placas en forma de 'L', rodean la vértebra central y protegen la espina dorsal de este animal frente a los ataques de depredadores.
“Este diseño cuadrado es más efectivo como armadura y para sus funciones prensiles”, apunta Porter, quien añade que esta estructura proporciona una mayor superficie para agarrar objetos. “Esto ayudaría a los caballitos de mar a gastar menos energía al mover la cola”, indica el experto.
La naturaleza como fuente de inspiración
Aunque la naturaleza proporciona a los investigadores innumerables ejemplos para encontrar soluciones a los desafíos modernos en cuanto al diseño, “la solución natural no siempre es la mejor", advierte Porter.
Por ello, compatibilizar las formas naturales con las tecnologías, con la impresión 3D en este caso, permite realizar "hipotéticos diseños que superan a la propia naturaleza”, apunta el autor.
Además, esta combinación retroalimenta continuamente los dos campos. “Mi grupo de investigación utiliza la biología como fuente de inspiración para la ingeniería, y a la ingeniería como una herramienta para explorar la biología”, concluye el científico.
Referencia bibliográfica:
Michael M. Porter et al. “Why the seahorse tail is square”. Science. Doi: 10.1126/science.aaa6683. 2 de julio de 2015.
El vuelo de los insectos, el camuflaje de los pulpos y la cognición humana son tres ejemplos de innovación evolutiva que se basaron, en parte, en eventos de duplicación de genes hace cientos de millones de años.
Han seleccionado a esta especie como bioindicador para vigilar la acumulación de plásticos en el Atlántico norte. La investigación conjunta del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) y la Universidad de Azores indica el umbral a partir del que tomar medidas para controlar y mitigar la presencia de estos contaminantes en el medio marino.
