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La observación de las cucarachas cuando ocrren puede aportar conocimientos para la robótica

ANN ARBOR, Michigan — Cuando las cucarachas corren pueden recuperarse de un empujón hacia el costado, de hecho, antes de que su sistema nervioso siquiera se active para indicarles a las patas qué han de hacer, según han descubierto los investigadores de la Universidad de Michigan. Estos descubrimientos acerca de cómo los sistemas biológicos se estabilizan podrían ayudar a que los ingenieros diseñen robots más balanceados y mejorar la comprensión que los médicos tienen de las anormalidades en el caminar de los humanos.

En los experimentos las cucarachas fueron capaces de recuperar mecánicamente el paso, utilizando su ímpetu y la arquitectura como resortes en sus patas, más que neurológicamente es decir dependiendo de los impulsos desde sus patas a sus cerebros y de retorno del cerebro a la pata.

“El tiempo de respuesta que observamos es de un orden de magnitud más prolongado que lo que uno esperaría”, dijo Shai Revzen, profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencia de computadoras, como asimismo de ecología y biología evolucionaria. Revzen es autor principal de un artículo sobre estas conclusiones que se publicó en la revista de internet Biological Cybernetics. El artículo aparecerá impreso en una edición próxima.

“Lo que vemos”, señaló Revzen, “es que el sistema nervioso de los animales trabaja con una demora sustancial. Podría actuar mucho más rápido, aproximadamente un cuarto de segundo, pero en lugar de eso se activa después de un paso y medio o dos pasos. Por alguna razón los animales esperan a ver cómo se presentan las cosas”.

Para llegar a sus conclusiones los investigadores enviaron quince cucarachas (una por una en cuarenta y un pruebas) a correr sobre un pequeño puente por sobre un carrito con ruedas, del tamaño de un mantel individual. El carro estaba sujeto a una cuerda elástica estirada como la de una honda cargada y mantenida en su sitio con un imán fuerte en el otro extremo. Una vez que una cucaracha había avanzado la distancia de un cuerpo sobre el carrito, los investigadores liberaron el imán, lo cual lanzó el carro hacia los costados al relajarse la cuerda elástica. La fuerza que experimentaron los insectos fue equivalente a “darles realmente duro en un costado”, dijo Revzen.

Para obtener información detallada sobre el paso de los insectos, los investigadores usaron una técnica que Revzen desarrolló hace varios años, llamada análisis de fase kinemática. El método involucra el uso de una cámara de alta velocidad que mide constantemente la posición de cada una de las seis patas del animal como asimismo los extremos de su cuerpo. Un programa de computadora luego fusiona los datos continuos de todos estos puntos en un cálculo preciso de dónde el animal se encuentra en su paso en todo momento. Los investigadores sostienen que este método da a los científicos una imagen más completa que la medición del tiempo en que cada pata toca el suelo y que es un sistema métrico común usado para el estudio del caminar.

En el análisis de fase kinemática las señales se convierten en una gráfica de onda que ilustra el patrón del movimiento del animal. El patrón sólo cambia cuando se activa el sistema nervioso. ¿Cómo saben esto los investigadores? En un experimento separado pero similar, implantaron electrodos en las patas de siete cucarachas para medir las señales nerviosas.

La demora en el sistema nervioso que observaron los investigadores es sustancialmente más larga que la esperada por los científicos, dijo Revzen. Y contradice las presunciones en la comunidad robótica donde las computadoras desempeñan el papel del cerebro y los movimientos de las máquinas a menudo responden a la retroalimentación constante a esa computadora de los sensores en las patas de los robots. Los investigadores indican que las nuevas conclusiones implican que el cerebro biológico, al menos en las cucarachas, puede ajustar el paso sólo a intervalos de un paso  completo más que en cualquier momento de un paso. Es decir que los sistemas de retroalimentación periódica, más que los de retroalimentación continua, podrían llevar a robots que caminen de manera más estable, además de que sean más eficientes en el uso de energía, ya sea que se trasladen sobre dos o seis patas.

Los diseñadores y fabricantes de robots a menudo buscan su inspiración en la naturaleza. Cuando los animales se mueven deben responder a cambios inesperados como un suelo rocoso y desparejo o miembros dañados. Revzen y su equipo creen que los patrones del movimiento de los animales cuando se ajustan a esos cambios podrían revelar cómo funcionan su maquinaria y su neuroología.

“La cuestión fundamental es qué podemos hacer con un control mecánico versus una suspensión activa”, dijo Revzen. “Obviamente los animales son mucho mejor en esto que cualquier robot que nosotros sepamos construir ahora. Pero si podemos aprender cómo ellos lo hacen, podríamos reproducirlo”.

Más del setenta por ciento de la superficie de la Tierra no es apto para el tránsito con vehículos rodados o con orugas, de manera que los robots con patas podrían superar esa dificultad para las operaciones en tierra como la búsqueda y socorro, y en la defensa.

“Las caídas son una causa principal del deterioro en los ancianos”, señaló Revzen. “Cualquier cosa que podamos hacer para entender mejor la patología del caminar y la estabilización del caminar es muy valiosa”.

Por más información:
Shai Revzen: http://shrevzen.nfshost.com/
Resumen del artículo: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00422-012-0545-z