Vídeos de ardillas saltando de ramas dobladas a través de espacios increíblemente grandes, haciendo parkour en las paredes, luchando para recuperarse de aterrizajes difíciles.
¿Solo más contenido de YouTube que documente las locas travesuras de las ardillas empeñadas en alcanzar los cacahuetes?
No, estos videos son parte de un estudio de investigación para comprender las decisiones de una fracción de segundo que las ardillas toman rutinariamente mientras corren a través del dosel de los árboles, saltando de rama en rama, usando habilidades perfeccionadas para eludir a depredadores mortales.
La recompensa de comprender cómo las ardillas aprenden los límites de su agilidad podrían ser robots con un mejor control para moverse ágilmente a través de paisajes variados, como los escombros de un edificio derrumbado en busca de sobrevivientes o para acceder rápidamente a una amenaza ambiental.
Biólogos como Robert Full de la Universidad de California, Berkeley, han demostrado durante las últimas décadas cómo se mueven físicamente animales como lagartijas, cucarachas y ardillas y cómo sus cuerpos y extremidades los ayudan en situaciones difíciles, todo lo cual se ha aplicadopara hacer robots más ágiles. Pero ahora están abordando un problema más difícil: ¿Cómo deciden los animales si dar un salto o no? ¿Cómo evalúan sus habilidades biomecánicas para saber si pueden detener el aterrizaje?
"Veo esto como la próxima frontera: ¿Cómo son las decisiones de movimiento moldeadas por nuestro cuerpo? Esto se hace mucho más desafiante, porque también debe evaluar su entorno", dijo Full, profesor de biología integrativa.cuestión de biología fundamental importante. Afortunadamente, ahora podemos entender cómo incorporar el control y explicar la innovación mediante la creación de modelos físicos, como los robots inteligentes más ágiles jamás construidos ".
En un artículo que aparece esta semana en la revista ciencia , Nathaniel Hunt, ex estudiante de doctorado de UC Berkeley y ahora profesor asistente de biomecánica en la Universidad de Nebraska, Omaha, informa sobre sus experimentos más recientes con ardillas en libertad, cuantificando cómo aprenden a saltar de diferentes tipos de lanzamientoalmohadillas, algunas flexibles, otras no, en solo unos pocos intentos, cómo cambian la orientación de su cuerpo en el aire en función de la calidad de su lanzamiento y cómo alteran sus maniobras de aterrizaje en tiempo real, dependiendo de la estabilidad delpercha final.
"Como organismo modelo para comprender los límites biológicos del equilibrio y la agilidad, yo diría que las ardillas son insuperables", dijo Hunt. "Si tratamos de comprender cómo las ardillas hacen esto, entonces podemos descubrir principios generales de altalocomoción de rendimiento en el dosel y otros terrenos complejos que se aplican a los movimientos de otros animales y robots. "
Los experimentos se llevaron a cabo en un bosque de eucaliptos en el campus de UC Berkeley, donde Hunt atrajo a las ardillas zorro que deambulan por el campus a situaciones imprecisas en las que tenían que decidir si saltar por un maní o dejarlo ir.
Hunt y Full descubrieron que, como era de esperar, cuanto más endeble o más dócil es la rama desde la que tienen que saltar las ardillas, más cautelosas son. Pero las ardillas solo necesitaban unos pocos intentos para adaptarse a diferentes cumplimientos.
"Cuando saltan a través de una brecha, deciden dónde despegar basándose en una compensación entre la flexibilidad de la rama y el tamaño de la brecha que deben saltar", dijo Hunt. "Y cuando encuentran una rama con propiedades mecánicas novedosas,aprende a ajustar su mecánica de lanzamiento en unos pocos saltos. Esta flexibilidad de comportamiento que se adapta a la mecánica y la geometría de las estructuras de salto y aterrizaje es importante para saltar con precisión a través de un espacio para aterrizar en un objetivo pequeño ".
Pero no equilibran la curvatura de la rama de lanzamiento y la distancia de la brecha por igual. De hecho, la conformidad de la rama fue seis veces más crítica que la distancia de la brecha para decidir si saltar.
Esto puede deberse a que las ardillas saben que sus garras afiladas las salvarán si calculan mal. Sus garras son tan infalibles, dijo Hunt, que ninguna de las ardillas se cayó nunca, a pesar de los saltos tambaleantes y los aterrizajes demasiado cortos o excesivos.
"No siempre van a tener su mejor desempeño, solo tienen que ser lo suficientemente buenos", dijo. "Tienen redundancia. Entonces, si fallan, no golpean su centro de masa directamente enla percha de aterrizaje, son increíbles al poder agarrarse a ella. Se balancearán por debajo, se balancearán en la parte superior. Simplemente no se caen ".
Ahí es donde la exploración y la innovación entran en juego mientras las ardillas buscan la mejor estrategia de salto.
"Si saltan en el aire con demasiada velocidad o muy poca velocidad, pueden usar una variedad de maniobras de aterrizaje para compensar", dijo Hunt. "Si saltan demasiado, ruedan hacia adelante alrededor de la rama. Si saltanEn resumen, aterrizarán con sus patas delanteras y se balancearán hacia abajo antes de subirse a la percha. Esta combinación de conductas de planificación adaptativa, control de aprendizaje y maniobras de estabilización reactiva les ayuda a moverse rápidamente a través de las ramas sin caerse ".
Una innovación insospechada fue que durante los saltos complicados, las ardillas a menudo reorientaban sus cuerpos para empujar una superficie vertical, como en el parkour humano, para ajustar su velocidad y asegurar un mejor aterrizaje. Parkour es un deporte en el que la gente salta, salta,columpiarse o utilizar otros movimientos para atravesar obstáculos rápidamente sin el uso de equipo.
Full y Hunt continúan explorando la interacción entre las habilidades biomecánicas y la cognición a medida que las ardillas aprenden nuevas estrategias de salto.
Los coautores del artículo son Judy Jinn, exestudiante de posgrado en psicología de UC Berkeley, y Lucia Jacobs, profesora de psicología de UC Berkeley y experta en cognición animal. Full y Jacobs, que opera una Escuela de Ardilla en UC Berkeley, son parte deun consorcio de varias universidades financiado por la Oficina de Investigación del Ejército ARO para modelar los procesos de cognición y decisión en las ardillas para algún día crear el primer robot del mundo con capacidades de ardilla.
El trabajo actual fue apoyado por ARO, la National Science Foundation y los National Institutes of Health.
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