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Estos geckos aterrizan en los árboles de la selva tropical pero no se caen, gracias a sus colas

Los científicos encuentran otro uso para las colas versátiles de los lagartos: estabilización después de choques de cabeza

Fecha :
2 de septiembre de 2021
Fuente :
Universidad de California - Berkeley
Resumen :
Muchos lagartos arborícolas saltan y se deslizan de árbol en árbol, pero ¿qué pasa si no pueden deslizarse hasta un aterrizaje suave de cuatro puntos?rebotó violentamente. Su estrategia de recuperación - agarrarse con los pies traseros y apalancar su cola para evitar caídas. El equipo creó un robot suave con cola reactiva que podría replicar este comportamiento de detención de caídas previamente desconocido.
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HISTORIA COMPLETA

La cola de un gecko es algo maravilloso y versátil.

En más de 15 años de investigación sobre geckos, científicos de la Universidad de California, Berkeley y, más recientemente, el Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Stuttgart, Alemania, han demostrado que los geckos usan sus colas para maniobrar en el aire cuandodeslizándose entre árboles, para enderezarse al caer, para evitar caerse de un árbol cuando pierden el agarre e incluso para impulsarse por la superficie de un estanque, como si caminaran sobre el agua.

Muchas de estas técnicas se han implementado en robots ágiles tipo gecko.

Pero Robert Full, profesor de biología integrativa de UC Berkeley, y Ardian Jusufi, miembro de la facultad de la Escuela de Investigación Max Planck para Sistemas Inteligentes y ex estudiante de doctorado de UC Berkeley, quedaron impresionados por un descubrimiento reciente: los geckos también usan sus colas para ayudarrecuperarse cuando colocan un encabezado en un árbol.

Esos choques de cabeza no son probablemente el aterrizaje preferido de los geckos, pero Jusufi documentó muchos aterrizajes duros de este tipo en 37 deslizamientos durante varias temporadas de campo en una selva tropical de Singapur, utilizando cámaras de video de alta velocidad para registrar sus trayectorias y aterrizajes que provocan una mueca de dolor.. Él registró su velocidad en el impacto a unos 6 metros por segundo, o 21 kilómetros por hora, más de 200 pies por segundo, o alrededor de 120 longitudes corporales de gecko por segundo.

"Observar a los geckos desde la altura en el dosel de la selva tropical fue revelador. Antes del despegue, movían la cabeza hacia arriba y hacia abajo y de lado a lado para ver el objetivo de aterrizaje antes de saltar, comosi estimar la distancia de viaje ", dijo Jusufi.

Los videos muestran que cuando este gecko, el gecko común asiático de cola plana Hemidactylus platyurus - choca de frente con un árbol, agarra el tronco con sus dedos con garras y acolchados para que, cuando su cabeza y hombros reboten, tenga palanca para presionar su cola contra el tronco para evitar caer hacia atrás sobre el tronco.tierra y potencialmente terminar como la cena de alguien.

"Lejos de detenerse, algunos de estos lagartos todavía están acelerando al impactar", dijo Jusufi. "Chocan de cabeza, se inclinan hacia atrás en un ángulo extremo con respecto a la vertical; parecen un estante de libros que sobresale del árbol.- anclados solo por sus patas traseras y cola mientras disipan la energía del impacto. Con el reflejo de detención de caídas sucediendo tan rápido, solo el video en cámara lenta podría revelar el mecanismo subyacente ".

Este comportamiento sorprendente, y una demostración de que los robots con colas que actúan de manera similar también pueden recuperarse con éxito de aterrizajes forzosos, se informará esta semana en el Naturaleza diario Biología de las comunicaciones . Aunque este tipo de aterrizaje forzoso de cabeza no se ha documentado previamente entre geckos u otros animales deslizantes, los científicos sospechan que otros saltadores pequeños y livianos, en particular, otros lagartos, usan esto como respaldo cuando se trata de un salto perfecto.imposible.

"Pueden tener deslizamientos más largos que son más deslizamientos de equilibrio, y aterrizan de manera diferente, pero, por ejemplo, si están tratando de escapar, eligen hacer este tipo de comportamiento, en parte porque el tamaño importa", dijo Full.observando que las lagartijas miden solo un par de pulgadas desde el hocico hasta la punta de la cola. "Cuando eres tan pequeño, tienes opciones que no son soluciones para cosas grandes. Entonces, esta es una especie de solución mediada por el cuerpo que no puedesno lo tendrías si eres más grande ".

Jusufi y Full notan que estructuras similares a las colas de gecko podrían usarse para ayudar a estabilizar robots voladores, como drones, cuando aterrizan en superficies verticales.

Según los investigadores, este comportamiento inusual, que son los primeros en documentar, modelar matemáticamente y reproducir en un robot blando, es un ejemplo de cómo una innovación evolutiva como una cola puede usarse de formas imprevistas. Las colas de los vertebrados evolucionaronen animales acuáticos, probablemente como medio de propulsión en el agua, algo que Jusufi también estudia y modela con robots blandos que ondulan. Pero la cola resultó ser algo tan versátil que el lagarto desarrolló varias exaptaciones, un término para estructuras quefueron moldeados por selección natural para una función o adaptación en particular, pero que se han utilizado para otros comportamientos.

"Las exaptaciones son estructuras que han sido cooptadas para muchos comportamientos, sin importar para qué evolucionó originalmente esa estructura, y aquí hay una que no esperarías", dijo Full. "Puedes ver cómo esa increíble capacidad de ser robustopuede permitir estas exaptaciones ".

"Hasta hace poco, las colas no habían recibido tanta atención como las patas o las alas, pero la gente ahora se está dando cuenta de que deberíamos pensar en estos animales como de cinco patas, en cierto modo, pentapedales", dijo Jusufi.

Full dijo que a medida que los ingenieros robóticos intentan agregar más y más funciones a los robots, se dan cuenta de que no pueden introducir una nueva pieza para cada capacidad. Una cola es una estructura que, como descubrieron los lagartos, puede tener múltiples propósitos..

"A medida que evolucionamos nuestros robots y sistemas físicos, todos los ingenieros quieren hacer más cosas. ¿Y adivinen qué? En algún momento, no se puede optimizar un robot para todo", dijo.comportamientos con el fin de obtener esos comportamientos ".

una catapulta de robot

En Singapur, Jusufi y sus colegas utilizaron cámaras de alta velocidad para grabar a los geckos saltando a árboles que estaban demasiado cerca para permitir el deslizamiento. Aunque el gecko de cola plana no está particularmente adaptado para deslizarse, algunos geckos tienen colgajos de piel que soncomo los paracaídas, tiene cierta capacidad para deslizarse y, por lo tanto, maniobrar en el aire. Pero el deslizamiento requiere alcanzar una velocidad terminal para que el lagarto pueda maniobrar en el aire, y los saltos no fueron lo suficientemente largos para eso.

Incapaces de deslizarse o reducir la velocidad al detenerse antes de aterrizar, los geckos chocaron con fuerza, generalmente de cabeza. Cuando analizaron las trayectorias y la mecánica de los geckos que caían, los investigadores encontraron que algunos todavía estaban acelerando en el impacto. La mayoría no podía mantener el agarre.en el árbol con sus patas delanteras.

"Nuestras observaciones de campo de estos lagartos pequeños y ágiles en la selva tropical revelaron respuestas altamente dinámicas y de detención de caídas que nadie pensó que estos geckos podrían ejecutar con sus colas", dijo Jusufi.trepando a posarse después del vuelo en planeo. "

Los investigadores modelaron el comportamiento matemáticamente para confirmar que lo que estaban viendo tenía sentido físicamente, pero para determinar realmente qué estaban experimentando los geckos, decidieron construir un robot blando en el Instituto Max Planck que se asemeja a un gecko y lanzarlo con uncatapulta contra la pared. De esta manera, podrían medir las fuerzas que realmente sostienen los geckos cuando se estrellan, y las fuerzas producidas por los pies.

Construyeron el robot de cola a partir de piezas fabricadas con una impresora 3D de última generación, Carbon M2, que está diseñada específicamente para imprimir estructuras suaves. Los pies estaban equipados con velcro para que se adhieran al contacto, y a la cola agregaronun mecanismo que lo haría presionar hacia abajo cuando las patas delanteras golpean una superficie y se deslizan, como el reflejo de la cola del gecko.

Sorprendentemente, el robot con cola tuvo un éxito similar al realizar aterrizajes duros. En la naturaleza, el 87% de los geckos con cola aterrizaron con éxito en una superficie vertical sin caer, mientras que los geckos sin cola cayeron con más frecuencia. Los geckos a menudo pierden la cola para escapar dedepredadores o sus rivales, y volver a hacerlos crecer más tarde. Los robots sin cola solo pudieron aterrizar con éxito en una superficie vertical en el 15% de las pruebas, en comparación con el 55% de las pruebas con el robot con cola.

Los investigadores también encontraron que, más allá de cierta longitud, las colas más largas no son necesariamente mucho mejores que las colas más cortas: los robots con colas de solo la mitad de la longitud de la cabeza y el cuerpo combinados fueron casi tan exitosos como aquellos con colas iguales a lalongitud hocico-respiradero. Los robots de cola corta, sin embargo, requerían el doble de la fuerza del pie para permanecer unidos al árbol.

Full y Jusufi continúan estudiando el comportamiento de los geckos en busca de principios que puedan aplicarse al diseño de robots, en particular, robots blandos que pueden posarse en árboles y aterrizar en superficies verticales, pero también para explorar la evoluciónorígenes de la locomoción animal. Una conclusión clave, dijo Full, es que, si bien los ingenieros pueden buscar diseñar el robot óptimo, la naturaleza nunca lo hace.

"La evolución no se trata de la optimización y la perfección, sino de la suficiencia. La solución lo suficientemente buena realmente juega para brindarle una amplia gama de capacidades para que sea mucho más robusto en entornos desafiantes", dijo Full."La evolución se parece más a un modificador que nunca sabe realmente lo que producirá y utiliza todo lo que está a su disposición para hacer algo que sea viable".

"Se encuentra cada vez más que los animales arbóreos pequeños sin adaptaciones morfológicas obvias para el vuelo exhiben una capacidad sorprendente para maniobrar en el aire. Los modelos físicos robóticos suaves pueden ayudar a descifrar el control de tales soluciones mediadas mecánicamente para el aterrizaje", dijo Jusufi.

Video de gecko y robot que muestra el efecto de una cola : http://www.youtube.com/watch?v=LXRAWypJBPI&t=3s


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Robert Siddall, Greg Byrnes, Robert J. Full y Ardian Jusufi. Las colas estabilizan el aterrizaje de los geckos deslizantes que chocan de cabeza contra los troncos de los árboles . Biología de las comunicaciones , DOI 2021 : 10.1038 / s42003-021-02378-6

cite esta página :

Universidad de California - Berkeley. "Estos geckos se estrellan en los árboles de la selva tropical pero no se caen, gracias a sus colas: los científicos encuentran otro uso para las versátiles colas de los lagartos: estabilización después de choques de cabeza". ScienceDaily. ScienceDaily, 2 de septiembre2021. .
Universidad de California - Berkeley. 2021, 2 de septiembre. Estos geckos se estrellan en los árboles de la selva tropical pero no se caen gracias a sus colas: los científicos encuentran otro uso para las versátiles colas de los lagartos: la estabilización después de choques de cabeza. ScienceDaily . Consultado el 2 de septiembre de 2021 en www.science-things.com/releases/2021/09/210902125110.htm
Universidad de California - Berkeley. "Estos geckos se estrellan contra los árboles de la selva tropical pero no se caen, gracias a sus colas: los científicos encuentran otro uso para las versátiles colas de los lagartos: estabilización después de choques de cabeza". ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/09/210902125110.htm consultado el 2 de septiembre de 2021.

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