Hasta ahora, cuando los científicos e ingenieros han desarrollado robots blandos inspirados en organismos, se han centrado en ejemplos de la vida moderna. Por ejemplo, anteriormente informamos sobre aplicaciones de robots blandos que imitaban 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 construir una versión de robot blando 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 tiene una gran importancia en la evolución porque se cree que fue el primer equinodermo capaz de moverse: empleaba un tallo muscular para moverse en el fondo del mar. Pero, debido a la falta de evidencia fósil, los científicos nunca entendieron claramente cómo el organismo usaba 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», señalan los autores de un estudio publicado anteriormente centrado en el tallo del equinodermo.
La réplica de robot blando recientemente desarrollada (también llamada «Rombot») 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 afirman que la réplica servirá como base de la paleobiónica, un campo relativamente nuevo que utiliza robótica blanda y evidencia fósil para explorar las diferencias biomecánicas entre las formas de vida.
Hacer 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 complicado entender cómo se movía el organismo porque no existe un análogo moderno. Además, la evidencia fósil sólo proporciona información limitada sobre cómo se movía un organismo. Por ejemplo, mientras que algunos investigadores sugieren que la pleurocistítida nadaba, otros argumentan que exhibía movimientos sinusoidales o de remo.
Para superar estos desafíos, los investigadores trabajaron con paleontólogos especializados en equinodermos. Recolectaron imágenes de fósiles, tomografías computarizadas y todas las demás pruebas que pudieron encontrar y luego utilizaron estos datos para diseñar el cuerpo y el tallo de la pleurocistítida. Posteriormente, emplearon fundición de elastómero e impresión 3D para construir las distintas partes del robot según el diseño.
Cuando intentaron hacer que el robot se moviera usando el vástago (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 hacer muchos tallos (se hicieron casi 100 tallos) y reemplazarlos cuando se estropeaban”, dijo a Ars Technica Richard Desatnik, investigador principal y estudiante de doctorado en la Universidad Carnegie Mellon (CMU).
También fue un desafío replicar el tallo muscular blando de las pleurocistítidas, ya que los investigadores no pudieron utilizar motores convencionales, que son demasiado voluminosos y rígidos. “En su lugar, necesitábamos utilizar un cable de ‘músculo artificial’ especial compuesto de una aleación de níquel y titanio que se contrae en respuesta a la estimulación eléctrica. Esto nos permitió crear un actuador similar a un vástago que coincidía con la flexibilidad de un vástago muscular natural”, añadió Carmel Majidi, autor principal del estudio y profesor de ingeniería mecánica en CMU.
Luego, los investigadores realizaron algunas simulaciones para ver cómo probablemente se movería el Rhombot bajo el agua. Descubrieron que un tallo más largo daba como resultado un mejor movimiento. Según el estudio, esto era 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 una pecera de 42×42 pulgadas con una superficie inferior similar al fondo del mar. Realizaron múltiples pruebas, cada una de las cuales duró dos minutos, para examinar el movimiento del robot. «Demostramos que los pasos amplios y amplios podrían haber sido los más efectivos para estos equinodermos y que aumentar la longitud del tallo podría haber aumentado significativamente la velocidad con un costo mínimo de energía adicional», señalan los investigadores en su estudio.
Estudiando animales extintos
Hacer réplicas funcionales de criaturas antiguas extintas usando paleobiónica suena bastante interesante, pero ¿qué pueden decirnos los robots que el registro fósil no pueda decirnos? Cuando le planteamos esta pregunta a Majidi, explicó que al centrarse únicamente en robots inspirados en especies existentes, los científicos pueden estar perdiendo una gran oportunidad de aprender los principios biológicos y evolutivos que gobernaron las vidas de muchas otras formas de vida.
Por ejemplo, según una estimación, los organismos vivos de hoy en día representan sólo el 1 por ciento de toda la vida que alguna vez existió en la Tierra. “Podemos comenzar a aprender del 99 por ciento de las especies que alguna vez vagaron por la tierra en lugar de solo el 1 por ciento. Hay muchas criaturas que tuvieron éxito durante millones de años y se extinguieron debido a cambios drásticos en su entorno”, dijo Majidi a Ars Technica.
Las réplicas de robots blandos de tales criaturas equipan a los paleontólogos con una poderosa herramienta para crear bancos de pruebas experimentales para examinar hipótesis sobre cómo estas antiguas formas de vida se movían y evolucionaban.
El estudio actual demuestra con éxito que la robótica blanda puede utilizarse potencialmente para «resucitar» organismos extintos y estudiar su locomoción y biomecánica. «Nunca antes se había hecho dentro de la comunidad de robótica blanda y esperamos que inspire más investigaciones en el campo», 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.