Caballitos de mar
Caballitos de mar en un acuario. GTRES

Un equipo de investigadores de la Universidad de Clemson, Carolina del Sur, revela en un artículo publicado en Science cómo la morfología de la cola del caballito de mar podría ayudar a desarrollar mejores robots y dispositivos médicos.

La cola del caballito de mar se compone generalmente de alrededor de 36 segmentos como cuadrados, cada uno compuesto de cuatro placas de esquina en forma de L que disminuyen progresivamente de tamaño a lo largo de la longitud de la cola. Las placas son libres para deslizarse o girar.

Las articulaciones deslizantes permiten a las placas óseas deslizarse una sobre otra y las articulaciones que giran son similares a la articulaciones de rótula, con tres puntos de libertad de rotación. Las placas están conectadas a las vértebras por capas de colágeno gruesas de tejido conectivo y las uniones entre las placas y las vértebras son extremadamente flexibles con casi seis puntos libres.

Casi todas las colas de los animales tienen secciones transversales circulares u ovales, pero no es así en el caballito de marSegún su investigación, este diseño natural es mejor que una cola cilíndrica, su agarre es más fuerte y también funciona mejor como una armadura.

"Casi todas las colas de los animales tienen secciones transversales circulares u ovales, pero no es así en el caballito de mar", explica Michael Porter, profesor asistente de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Clemson, en Carolina del Sur, Estados Unidos, e investigador principal del estudio. "Hemos visto que las colas en forma de cuadrado son mejores cuando se necesitan para agarrarse y como coraza", añade.

Además, las placas cuadradas hacen que cola del caballito de mar sea más rígida, más fuerte y más resistente a la tensión al mismo tiempo. Por lo general, el fortalecimiento de cualquiera de estas características debilitaría al menos una de las otras, según Porter.

Para llegar a sus conclusiones, los investigadores utilizaron una amplia gama de técnicas, incluyendo impresión en 3D de un modelo simplificado de la cola del caballito de mar, que luego doblaron, torcieron, comprimieron y aplastaron. También imprimieron en 3D y realizaron experimentos similares en un modelo de cola hecha de segmentos circulares superpuestos que diseñaron y que no se encuentran en la naturaleza.

"Las nuevas tecnologías, como la impresión 3D, permite imitar diseños biológicos, por lo que también construimos modelos hipotéticos de diseños que no se encuentra en la naturaleza", señala Porter.

La biología como inspiración de la ingeniería y viceversa

El equipo de investigación de Porter en Clemson está aplicando este método para desarrollar nuevas estructuras y sistemas robóticos que imiten una variedad de otros sistemas naturales e hipotéticos, lo que permitirá traducir su investigación en todas las disciplinas: desde la biología como una fuente de inspiración para la ingeniería y desde la ingeniería como una herramienta para la exploración de la biología.

Cuando los investigadores torcieron el modelo de cola caballito de mar cuadrada impresa en 3D, encontraron que volvía a su forma original más rápido, mientras que gastaba una cantidad mínima de energía. Los científicos teorizan que esto podría proteger la cola de los daños.

El equipo de investigación está aplicando este método para desarrollar nuevas estructuras y robots que imiten a otros sistemas naturalesPor el contrario, una cola hecha de segmentos circulares se retuerce fácilmente y requiere más energía para volver a su forma original. Los investigadores también encontraron que los segmentos cuadrados de la cola crean más puntos de contacto con la superficie a la que se está agarrando cuando se compara con una cola con segmentos circulares.

Además, la cola de un caballito de mar le permite agarrar objetos dentro de su línea de visión. El coautor del estudio Ross L. Hatton, profesor asistente de Mecánica en la Universidad Estatal de Oregon, Estados Unidos, y especialista en robótica, ayudó a Porter desarrollar modelos geométricos que describen la mecánica de la cola y que acreditan que su geometría está optimizada precisamente para este tipo de agarre.

Porter también está investigando cómo se podrían utilizar en la vida real dispositivos inspirados en la estructura de la cola del caballito. Una posibilidad es aumentar la estructura para construir un brazo robótico de agarre que pueda emplearse en ambientes hostiles o reducirla para construir un catéter. Pero las posibilidades son muchas, según Meyers.