Cuando piensas en elefantes, lo primero que te viene a la mente probablemente no sean sus bigotes. Pero estos bigotes desempeñan un papel importante en la destreza de la trompa de un elefante y pueden darles la capacidad de sostener ágilmente un maní sin aplastarlo.
Los científicos alguna vez creyeron que los bigotes de los elefantes eran similares a los de las ratas o los ratones, que son completamente sólidos y pueden moverse de forma independiente; sin embargo, investigadores del Departamento de Inteligencia Háptica del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS) han descubierto que los bigotes de los elefantes son mucho más complejos de lo que se pensaba inicialmente, una característica que los ingenieros están explorando ahora para su uso en robótica táctil.
“Llegué a Alemania como experto en biomecánica de elefantes y quería aprender sobre robótica y sensores. Mi mentor, [Professor] Kuchenbecker es un experto en robótica táctil y háptica, por lo que para nosotros fue un puente natural trabajar juntos en la detección del tacto a través de la lente de los bigotes de los elefantes”, dijo en un comunicado de prensa Andrew K. Schulz, del Departamento de Inteligencia Háptica del MPI-IS.
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Bigotes rígidos y suaves del elefante
Según hallazgos recientes publicados en Science, los elefantes tienen alrededor de 1.000 bigotes que cubren su trompa y, si se caen, a menudo no vuelven a crecer. Los autores del estudio descubrieron que los bigotes de los elefantes exhiben propiedades materiales inusuales que les permiten tener un mayor sentido del tacto a pesar de su piel más gruesa.
Al igual que los bigotes de los gatos, los bigotes de los elefantes son rígidos en la base y gradualmente se convierten en una punta suave y gomosa. Esto es lo opuesto a los bigotes de ratones y ratas, que son completamente rígidos. Este gradiente de rígido a suave, conocido como gradiente funcional, permite a los elefantes pasar junto a objetos sin romperse los bigotes y saber dónde se hace contacto con precisión entre los 1.000 bigotes.
El equipo de investigación cree que este gradiente funcional permite a los elefantes coger algo tan pequeño como un maní o tan delicado como una tortilla sin romperlo.
Reducir los bigotes de los elefantes
Con esta nueva comprensión de cómo funcionan los bigotes de los elefantes, el equipo de investigación cree que pueden aplicar estos hallazgos a una nueva forma de robótica, particularmente en tecnologías de detección.
Schulz y Katherine J. Kuchenbecker, también del Departamento de Inteligencia Háptica, junto con el resto del equipo de investigación, analizaron la porosidad, la forma y la suavidad de los bigotes. Utilizando imágenes de micro-CT, microscopía electrónica y otras técnicas, el equipo tomó imágenes de un bigote de elefante de 5 centímetros (aproximadamente 2 pulgadas) y lo redujo a un nanómetro: la milmillonésima parte de un metro. A partir de ahí, el equipo creó una representación 3D de los bigotes de un elefante y descubrió que en realidad son estructuras gruesas en forma de cuchillas con una base hueca y una sección transversal aplanada. Los canales interiores de los bigotes también se parecían a la estructura de una pezuña de caballo o un cuerno de oveja.
Consistencia del bigote de elefante
Análisis más detallados también revelaron que los bigotes de los elefantes son muy porosos, lo que ayuda a reducir su masa y evita que se rompan al comer. Para probar la dureza del bigote, el equipo utilizó un penetrador de cubo de diamante (del tamaño de una sola celda) y descubrió que la base del bigote era rígida y dura como el plástico, mientras que su punta era suave y gomosa.
“Los pelos de la cabeza, el cuerpo y la cola de los elefantes asiáticos son rígidos desde la base hasta la punta, que es lo que esperábamos cuando encontramos el sorprendente gradiente de rigidez de los bigotes de la trompa del elefante”, añadió Schulz en el comunicado de prensa.
Bigotes de elefante y robótica
de. Katherine J. Kuchenbecker (izquierda) y el Dr. Andrew K. Schulz (derecha) con la “varita de bigotes” 3D.
(Crédito de la imagen: MPI-IS/W. Scheible)
En general, estos no fueron los resultados que el equipo esperaba cuando comenzaron su investigación. Para comprender mejor las propiedades únicas del bigote del elefante, el equipo creó un modelo impreso en 3D a escala. Con lo que el equipo llamó la “varita de bigotes”, Kuchenbecker la llevaba por los pasillos del instituto y la golpeaba contra vigas o barandillas.
“Me di cuenta de que golpear la barandilla con diferentes partes de la varilla de bigotes se sentía claramente: suave y gentil en la punta, y agudo y fuerte en la base. No necesitaba mirar para saber dónde estaba ocurriendo el contacto; solo podía sentirlo”, dijo Kuchenbecker en el comunicado de prensa.
Para probar esta teoría, el equipo creó una simulación que reveló que el gradiente de rígido a blando hace que sea más fácil sentir dónde algo se toca a lo largo del bigote.
“¡Es bastante sorprendente! El gradiente de rigidez proporciona un mapa que permite a los elefantes detectar dónde se produce el contacto a lo largo de cada bigote. Esta propiedad les ayuda a saber qué tan cerca o qué tan lejos está su trompa de un objeto… todo ello integrado en la geometría, la porosidad y la rigidez del bigote. Los ingenieros llaman a este fenómeno natural inteligencia encarnada”, dijo Schulz.
A partir de aquí, el equipo espera seguir trabajando en cómo estos hallazgos podrían aplicarse a la robótica.
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