Investigadores de la Universidad de Bristol han construido un modelo físico a partir de simples motores eléctricos para estudiar la coordinación de los músculos. Según sus trabajos, publicados en la revista Interface de la Royal Society, esta coordinación podría surgir por sí misma de la configuración del sistema, sin necesidad de ser programada, e inspirar a la robótica.
- Investigadores de Bristol han creado un modelo físico con motores eléctricos para estudiar la coordinación muscular.
- La coordinación surge del propio diseño del sistema, sin necesidad de programación ni control central.
- Este principio podría permitir actuadores más simples en robótica, especialmente en robots blandos.
- Los autores creen que las máquinas podrían usar su cuerpo para dar forma a sus movimientos.
Los músculos transforman la energía química en movimiento y producen una fuerza regular, aun cuando están constituidos por un número muy grande de pequeños componentes moleculares. Cuando la carga varía, se adaptan sin vacilar ni ceder.
En el corazón del músculo se encuentra el sarcomero, unidad elemental de producción de fuerza, formado por filamentos de actina y motores moleculares llamados miosina. Estos motores se agarran, tiran y sueltan repetidamente los cables de actina, lo que permite la contracción de las fibras musculares.
En lugar de reproducir la química de la miosina, los investigadores la representaron mediante un «rotor» que solo contribuye cuando está conectado mecánicamente a una «columna vertebral» física. Su dispositivo de mesa reúne una fila de pequeños motores eléctricos conectados por una estructura mecánica común, que tiran contra un fluido espeso, una resistencia comparable a la que sufren los motores biológicos.
Los motores no permanecen conectados permanentemente: cada uno empuja brevemente la estructura móvil y luego la suelta. Esta estructura transmite así el efecto de un motor al siguiente, sin comunicación directa entre ellos.
Una coordinación sin director de orquesta
En este sistema simplificado, aparecen espontáneamente varios comportamientos cercanos a los del músculo. Cuando la resistencia aumenta, los motores desarrollan colectivamente una relación entre carga y velocidad, y más unidades contribuyen al esfuerzo. En ciertas condiciones, el movimiento se vuelve entrecortado, con fases de tracción interrumpidas por deslizamientos súbitos. El sistema también puede formar ondas de coordinación que se propagan a lo largo del dispositivo.
Los investigadores comparan esta organización con la de los flagelos y los cilios, prolongaciones microscópicas de ciertas células eucariotas, como la cola del espermatozoide. Allí también, motores moleculares están distribuidos a lo largo de una estructura, el axonema, que transforma su actividad en ondas de flexión. En el espermatozoide, estas ondas son esenciales para la movilidad y la fertilidad, mientras que los cilios hacen circular los fluidos en las vías respiratorias, con vínculos con la salud y la enfermedad.
Pistas para la robótica
En robótica, hacer cooperar a numerosos actuadores, es decir, los «músculos» de un robot que convierten una fuente de energía como la electricidad en movimiento, sigue siendo difícil y costoso. Sensores, bucles de retroalimentación y algoritmos de control son a menudo necesarios, lo que puede hacer que el conjunto sea frágil y propenso a errores.
Según los autores, un modelo donde la coordinación emerge de la configuración deja entrever actuadores más simples. Esta pista corresponde a las investigaciones sobre los robots blandos, que utilizan materiales flexibles, y sobre los músculos artificiales destinados a la robótica. Los investigadores estiman que este principio podría ser explotado, hacia máquinas cuyo cuerpo contribuya a dar forma a sus movimientos.
