Fabricar un robot sin extremidades ni ruedas es todo un reto técnico, pero que puede ser muy útil en entornos arenosos o de exploración planetaria. Para ello, la ingeniería se ha fijado en el comportamiento de las verdaderas expertas en estos terrenos: las serpientes. Cuando investigaban cómo ellas esquivan plantas y otros objetos por la noche, acaban de descubrir que, en realidad, se comportan como lo hacen las ondas de luz cuando llegan a un obstáculo como una rejilla.



Las serpientes que se deslizan por la arena del desierto durante la noche pueden encontrar obstáculos como plantas o ramitas que alteran la dirección de su viaje. Mientras estudiaban ese movimiento para aprender cómo los animales sin extremidades controlan sus cuerpos en tales entornos, los investigadores descubrieron que las serpientes que chocan con un obstáculo se comportan de manera muy similar a las ondas de luz que encuentran una rejilla de difracción óptica. Lo que aprendieron podría mejorar los sistemas de control de futuros robots con forma de serpiente. | Vídeo: M. Viciosa / Georgia Tech

 

La investigadora de Georgia Tech Perrin Schiebel utilizó cámaras de video de alta velocidad para monitorear el movimiento de la culebra del desierto de Nevada Chionactis occipitalis , a través de una pista de tierra experimental colocada con seis palitos con sensores. Vieron que la serpiente utiliza una onda sinusoidal. Se deforma su cuerpo para impulsarse a lo largo de un terreno arenoso propio del desierto.

El análisis de 253 trayectorias de ocho serpientes reveló que no alteraron su patrón de auto-deformación o la forma de onda para evitar o agarrar los postes. En cambio, las serpientes mantuvieron su programa de movimiento, confiando en la dinámica pasiva. La dinámica pasiva es una forma de controlar el caminar robótico; se basa en la utilización de las extremidades, para obtener una mayor eficiencia. El término y sus principios fueron desarrollados en 1980.

Las serpientes esquivan obstáculos como lo hacen las ondas de luz Allison Carter

En este caso, eso sí, no hay extremidades. Los obstáculos son los que modelan el movimiento. En realidad, hay patrones que recuerdan a la difracción de las partículas subatómicas, como los fotones de la luz, para navegar sin entrada neuronal adicional. El análisis del modelado reveló que la activación muscular permitió a las serpientes doblarse alrededor de los postes. Según los autores, los hallazgos sugieren que la incorporación de principios de dinámica pasiva en el diseño de robots con forma de serpiente podría mejorar su movilidad en terrenos complejos.

El ambiente externo es lo que causa el cambio en la forma del patrón de desplazamiento. En su trabajo publicado en la revista PNAS, el equipo de Perrin Schiebel describe el fenómeno como “difracción mecánica”. Destaca la observación de estas culebras nariz de pala del noroeste (Chionactis occipitalis). Cuando se encuentran con uno de los palos, se activa un mecanismo pasivo que les permite continuar, aunque con una ligera desviación.

“La idea detrás de la dinámica pasiva es que hay cambios en la forma de onda con la que se desplaza el animal que están dirigidas exclusivamente por las propiedades pasivas de sus cuerpos”, señala Schiebel. “En lugar de enviar una señal para activar un músculo, la interacción del cuerpo de las serpientes con el ambiente externo es lo que causa el cambio de forma. Las fuerzas de los obstáculos están moviendo el cuerpo de las serpientes hacia nuevas formas”.

A partir de los datos obtenidos de la interacción de las serpientes con los obstáculos, los autores elaboraron un modelo físico que permitiera predecir su comportamiento. Y descubrieron que el agregado de los movimientos de las serpientes tenía similitudes con un patrón de difracción.