Recreación artística de medusas con sus prótesis. Imagen: Caltech
Los ingenieros del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y la Universidad de Stanford han desarrollado una pequeña prótesis que permite a las medusas nadar más rápido y más eficientemente de lo que normalmente hacen, sin resultar estresante para los animales.
Los investigadores detrás del proyecto imaginan un futuro en el que las medusas equipadas con sensores podrían ser dirigidas a explorar y registrar información sobre el océano.
Las medusas usan un movimiento pulsante para poder dirigirse hacia adelante, agitando sus tentáculos mientras se mueven para capturar presas. La nueva prótesis utiliza impulsos eléctricos para regular, y acelerar, esa pulsación, similar a la forma en que un marcapasos cardíaco regula la frecuencia cardíaca. El dispositivo, que es neutralmente flotante en el agua, mide aproximadamente dos centímetros de diámetro y está unido al cuerpo de la medusa a través de una pequeña púa de madera.
La investigación, dirigida por John Dabiri de Caltech, profesor de ingeniería mecánica y aeronáutica y por la estudiante graduada de Stanford Nicole Xu, se publicó en la revista Science Advances a finales de enero.
Por lo general, las medusas nadan a una velocidad de aproximadamente dos centímetros por segundo. En la investigación descrita en el artículo, Dabiri y sus colegas equiparon a las medusas con un controlador microelectrónico que pulsa a una frecuencia tres veces más rápidaque los pulsos corporales habituales de los animales.
El pulso de los animales se aceleró, produciendo un aumento correspondiente en su velocidad de nado, alrededor de 4 a 6 centímetros por segundo. Aunque las medusas nadaron tres veces más rápido que su ritmo habitual, usaron solo el doble de energía para hacerlo (medido por la cantidad de oxígeno consumido por los animales mientras nadaban). De hecho, las medusas equipadas con prótesis fueron 1,000 veces más eficientes que los robots de natación, dice Xu.
«Hemos demostrado que son capaces de moverse mucho más rápido de lo normal, sin un costo excesivo en su metabolismo«, dice Xu. «Esto revela que las medusas poseen una capacidad sin explotar para nadar más rápido y de manera más eficiente. Simplemente no tienen una razón para hacerlo«.
Cabe señalar que las medusas fueron monitoreadas de cerca para asegurarse de que no fueran dañadas. Las medusas no tienen un cerebro o receptores de dolor, pero se ha descubierto que secretan moco cuando están estresadas, y no se observó tal secreción en este experimento. Además, las medusas volvieron a nadar normalmente una vez que se retiró la prótesis.
Con sistemas puramente mecánicos, Dabiri ha tenido éxito construyendo robots que parecen animales reales pero requieren mucha más energía para realizar las mismas tareas. «Todavía no hemos capturado la elegancia de los sistemas biológicos«, señala. Sin embargo, aunque son más elegantes que los robots, los sistemas puramente biológicos son mucho más frágiles.
De hecho, en colaboración con colegas de la Universidad de Harvard, Dabiri ha demostrado que las células cardíacas de ratas pueden responder a los campos eléctricos, lo que potencialmente las convierte en bloques de construcción útiles para dispositivos biológicos, pero las células solo sobreviven en condiciones de laboratorio.
«Solo se ha explorado entre el cinco y el 10% del volumen del océano, por lo que queremos aprovechar el hecho de que las medusas ya están en todas partes para dar un salto con respecto a las mediciones en barco, que son limitadas en número debido a su alto costo», Dice Dabiri.
«Si podemos encontrar una manera de dirigir estas medusas y también equiparlas con sensores para rastrear cosas como la temperatura del océano, la salinidad, los niveles de oxígeno, etc., podríamos crear una red oceánica verdaderamente global«.
Actualmente, la prótesis puede dirigir a las medusas para comenzar a nadar y controlar el ritmo. El siguiente paso será desarrollar un sistema que guíe a las medusas en direcciones específicas y que les permita responder a las señales de los sensores a bordo, dice Dabiri, quien espera desarrollar controles electrónicos aún más pequeños que podrían integrarse completamente en el tejido de las medusas, haciendo que prótesis permanentes pero inadvertidas.
Fuente: Caltech
Artículo: Xu, N. W., & Dabiri, J. O. (2020). Low-power microelectronics embedded in live jellyfish enhance propulsion. Science Advances, 6(5), eaaz3194.
