Las habilidades de aterrizaje de los geckos podrían ser utilizadas en la robótica

Los investigadores de la Universidad de California, Berkeley y el Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes en Stuttgart, Alemania, han demostrado cómo los geckos utilizan sus colas para maniobrar en el aire. Esta capacidad les permite corregirse cuando caen después de perder su agarre y también les ayuda a impulsarse a través de la superficie de un estanque.

Los hallazgos se publicarán esta semana en la revista Nature journal Communications Biology.

Estas técnicas son muy útiles en la robótica y ya se están implementando en robots similares a los geckos.

Hallazgos sorprendentes sobre los geckos

Robert Full es un profesor de biología integrativa de la Universidad de California, Berkeley, y Adria Jusufi es un miembro de la facultad de la Escuela de Investigación Max Planck para Sistemas Inteligentes y ex estudiante de doctorado de la Universidad de California, Berkeley. Los dos hicieron un descubrimiento importante y sorprendente sobre que los geckos también utilizan sus colas para ayudar a recuperarse cuando se estrellan contra un árbol.

Los choques frontales son bastante comunes entre los geckos, y Jusufi documentó esto con cámaras de video de alta velocidad.

“Observar a los geckos desde la elevación en el dosel del bosque tropical fue revelador. Antes del despegue, movían su cabeza arriba y abajo, y de lado a lado para ver el objetivo de aterrizaje antes de saltar, como si estuvieran estimando la distancia de viaje”, dijo Jusufi.

Los videos muestran que el gecko, en este caso el gecko de cola plana asiático común, agarra el tronco con sus dedos con garras y almohadillados cuando choca con el árbol. Esto ayuda a que su cabeza y hombros reboten, y el gecko tiene palanca para presionar su cola contra el tronco, lo que evita que se tambalee hacia atrás.

“Lejos de estancarse, algunos de estos lagartos todavía están acelerando al impactar”, dijo Jusufi. “Chocan de frente, se inclinan hacia atrás con la cabeza sobre los talones en un ángulo extremo desde la vertical, parecen un atril que se aleja del árbol, anclados solo por sus patas traseras y cola mientras disipan la energía del impacto. Con el reflejo de detención de la caída sucediendo tan rápido, solo el video en cámara lenta podría revelar el mecanismo subyacente”.

Según los científicos, otros animales pequeños y ligeros que saltan, como los lagartos, también podrían utilizar estas técnicas.

“Pueden tener planeos más largos que son más equilibrios, y aterrizan de manera diferente, pero, por ejemplo, si están tratando de escapar, eligen hacer este tipo de comportamiento, en parte porque el tamaño importa”, dijo Full. “Cuando eres tan pequeño, tienes opciones que no son soluciones para cosas grandes. Así que esta es una solución mediada por el cuerpo que no tienes si eres más grande”.

Estructuras similares a las colas de los geckos podrían ser utilizadas para ayudar a estabilizar robots voladores como los drones, ayudándolos a aterrizar en superficies verticales.

Los investigadores son los primeros en documentar, modelar matemáticamente y reproducir este comportamiento en un robot blando.

“Las exaptaciones son estructuras que han sido cooptadas para muchos comportamientos, sin importar para qué estructura evolucionaron originalmente, y aquí hay una que no esperarías”, dijo Full. “Puedes ver cómo esa capacidad increíble de ser robusto puede permitir estas exaptaciones”.

“Hasta hace poco, las colas no habían recibido tanta atención como las patas o las alas, pero la gente ahora se da cuenta de que debemos pensar en estos animales como pentapédicos, de cinco patas”, dijo Jusufi.

Según Full, los ingenieros robóticos están agregando cada vez más funciones a los robots y están aprendiendo que pueden introducir una nueva parte para cada capacidad.

“A medida que evolucionamos nuestros robots y sistemas físicos, los ingenieros quieren hacer más cosas. Y adivina qué, en algún momento, no puedes optimizar un robot para todo”, dijo. “Tienes que usar cosas para otros comportamientos para obtener esos comportamientos”.

https://www.youtube.com/watch?v=LXRAWypJBPI&t=3s

Construyendo el robot

Los investigadores construyeron un robot con cola después de crear sus partes con Carbon M2, una impresora 3D de última generación diseñada específicamente para estructuras blandas. Los pies estaban equipados con velcro para que se adhirieran al contacto, y la cola tenía un mecanismo que la presionaba hacia abajo cuando las patas delanteras golpeaban una superficie y resbalaban.

El robot con cola demostró un éxito similar al hacer aterrizajes duros. En la naturaleza, los geckos con colas aterrizan con éxito en superficies verticales sin caer el 87% del tiempo. Los robots sin cola han demostrado una capacidad para aterrizar con éxito el 15% del tiempo en las pruebas, pero el nuevo robot con cola pudo aterrizar con éxito el 55% del tiempo en las pruebas.

Los investigadores también encontraron que los robots con colas de la mitad de la longitud de la cabeza y el cuerpo combinados eran casi tan exitosos como los más largos que eran de la longitud del hocico-vent. También encontraron que los robots con colas cortas requerían el doble de fuerza en los pies para permanecer adheridos al árbol.

El equipo seguirá estudiando a los geckos y buscará nuevos principios para aplicar a los robots, especialmente a los robots blandos en superficies verticales.

“La evolución no se trata de la optimidad y la perfección, sino de la suficiencia. La solución lo suficientemente buena realmente juega un papel importante para darte una amplitud de capacidades para que seas mucho más robusto en entornos desafiantes”, dijo Full. “La evolución se parece más a un chapucero que nunca sabe realmente qué producirá y utiliza todo lo que tiene a su disposición para hacer algo que funcione”.

“Los animales arbóreos pequeños sin adaptaciones morfológicas obvias para el vuelo están siendo cada vez más encontrados para exhibir una capacidad sorprendente para maniobrar en el aire. Los modelos físicos de robots blandos pueden ayudar a descifrar el control de tales soluciones mecánicas para el aterrizaje”, dijo Jusufi.