Hasta ahora, cuando los científicos e ingenieros han desarrollado robots blandos inspirados en organismos, se han centrado en ejemplos vivos de hoy. Por ejemplo, hemos informado anteriormente sobre aplicaciones de robots blandos que imitan calamares, saltamontes y guepardos. Sin embargo, por primera vez, un equipo de investigadores ha combinado los principios de la robótica blanda y la paleontología para crear una versión robótica blanda de la pleurocistítida, una antigua criatura marina que existió hace 450 millones de años.
Las pleurocistítidas están relacionadas con los equinodermos modernos como las estrellas de mar y las estrellas quebradizas. El organismo es de gran importancia en la evolución porque se cree que es el primer equinodermo que era capaz de moverse: utilizaba una varilla musculosa para desplazarse sobre el fondo marino. Pero debido a la falta de evidencia fósil, los científicos nunca lo entendí claramente cómo el organismo utilizó realmente el tallo para moverse bajo el agua. «Aunque sus hábitos de vida y su postura se conocen razonablemente bien, los mecanismos que controlan el movimiento de su tallo son muy controvertidos», afirman los autores de un estudio publicado anteriormente centrado en el tallo del equinodermo. nota.
El robot blando recientemente desarrollado (también llamado «Rhombot»), réplica de una pleurocistítida, ha permitido a los investigadores decodificar el movimiento del organismo y varios otros misterios relacionados con la evolución de los equinodermos. En su estudio, también dicen que la réplica servirá como base para la paleobiónica, un campo relativamente nuevo que utiliza robótica blanda y evidencia fósil para explorar diferencias biomecánicas entre formas de vida.
Haz una réplica de un robot blando.
Hay muchas razones por las que los científicos no intentan crear una versión robótica blanda de algo extinto y tan antiguo como la pleurocistítida. Es difícil entender cómo se movía el organismo porque no existe un análogo moderno. Además, la evidencia fósil proporciona sólo información limitada sobre cómo se movía un organismo. Por ejemplo, aunque algunos investigadores sugieren que las pleurocistítidas nadaban, otros apoyan que presentaba movimientos removibles o sinusoidales.
Para superar estos desafíos, los investigadores trabajaron con paleontólogos especializados en equinodermos. Recolectaron imágenes de fósiles, tomografías computarizadas y cualquier otra evidencia que pudieron encontrar, y luego usaron esos datos para diseñar el cuerpo y el tallo de la pleurocistítida. Posteriormente, utilizaron moldeo de elastómero e impresión 3D para construir las diferentes partes del robot según el diseño.
Cuando intentaron hacer que el robot se moviera usando la varilla (como la pleurocistítida real), se enfrentaron a otro desafío. “El actuador blando utilizaba alambre de nitinol, una aleación con memoria de forma (SMA) que a menudo se quemaba y se estiraba permanentemente. Esto requirió fabricar muchas varillas (se fabricaron casi 100) y reemplazarlas cuando se deterioraban”, dijo a Ars Technica Richard Desatnik, investigador principal y estudiante de doctorado en la Universidad Carnegie Mellon (CMU).
También fue difícil reproducir el eje muscular blando de las pleurocistítidas porque los investigadores no podían utilizar motores convencionales, que eran demasiado voluminosos y rígidos. “En su lugar, tuvimos que utilizar un cable especial de 'músculo artificial' hecho de una aleación de níquel y titanio que se contrae en respuesta a la estimulación eléctrica. Esto nos permitió crear un actuador en forma de varilla que iguala la flexibilidad de una varilla muscular natural”, añadió Carmel Majidi, autor principal del estudio y profesor de ingeniería mecánica en CMU.
Luego, los investigadores realizaron simulaciones para ver cómo probablemente se movería el Rhombot bajo el agua. Descubrieron que una varilla más larga permitía un mejor movimiento. Según el estudio, esto es consistente con la evidencia fósil que sugiere la evolución de tallos más largos en las pleurocistítidas con el tiempo.
Después de estudiar las simulaciones, los investigadores colocaron el robot en un acuario de 42 × 42 pulgadas con una superficie inferior similar al fondo del mar. Realizaron varias pruebas, cada una de las cuales duró dos minutos, para examinar el movimiento del robot. «Demostramos que los pasos amplios y rápidos podrían haber sido más efectivos para estos equinodermos y que aumentar la longitud del tallo podría haber aumentado significativamente la velocidad con un costo energético adicional mínimo», dijeron los investigadores. nota en su estudio.
Estudiando animales extintos
Hacer réplicas funcionales de criaturas antiguas y extintas usando paleobiónica suena bastante interesante, pero ¿qué pueden decirnos los robots que el registro fósil no pueda decirnos? Lorsque nous avons posé cette question à Majidi, il a expliqué qu'en se concentrant uniquement sur des robots inspirés d'espèces existantes, les scientifiques pourraient perdre une grande opportunité d'apprendre les principes biologiques et évolutifs qui régissaient la vie de nombreuses autres formes de vida.
Por ejemplo, según una estimación, los organismos vivos modernos incluyen solo el 1 por ciento de toda la vida que alguna vez ha existido en la Tierra. “Podemos comenzar a aprender lecciones del 99 por ciento de las especies que alguna vez vagaron por la Tierra, en lugar de solo el 1 por ciento. Muchas criaturas tuvieron éxito durante millones de años y se extinguieron debido a cambios drásticos en su entorno”, dijo Majidi a Ars Technica.
Las réplicas robóticas de estas criaturas proporcionan a los paleontólogos una poderosa herramienta para crear bancos de pruebas experimentales para examinar hipótesis sobre cómo se movían y evolucionaban estas antiguas formas de vida.
El estudio actual demuestra con éxito que la robótica blanda puede utilizarse potencialmente para «resucitar» organismos extintos y estudiar su locomoción y biomecánica. «Esto nunca se ha hecho antes dentro de la comunidad de robótica blanda y esperamos que inspire más investigaciones en esta área», añadió Desatnik.
PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (Acerca de los DOI)
Rupendra Brahambhatt es una periodista y cineasta experimentada. Cubre noticias científicas y culturales y, durante los últimos cinco años, ha trabajado activamente con algunas de las agencias de noticias, revistas y marcas de medios más innovadoras que operan en diferentes partes del mundo.
