Las serpientes usan sus numerosos músculos para deslizarse por la hierba, la arena e incluso el agua. Pero también pueden utilizar esos músculos para ponerse de pie.
En una hazaña que parece alterar las reglas de la física, los investigadores han descubierto lo que les da a las serpientes arbóreas la capacidad de levantar el 70 por ciento de la longitud de su cuerpo y “pararse” casi erguidas en el aire.
Al publicar sus hallazgos en el Journal of the Royal Society Interface, el equipo descubrió que una combinación de músculos, gravedad y retroalimentación propioceptiva (posición corporal percibida) ayuda a esta serpiente resbaladiza a alcanzar los cielos. Y estos nuevos hallazgos podrían ayudar a avanzar en la robótica.
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Serpientes que pueden “soportarse”
Las serpientes como la serpiente arborícola marrón o la pitón arbustiva pueden levantar casi todo su cuerpo verticalmente para ayudarlos a pasar de una rama a otra en un árbol. Esto parece poco probable, ya que no tienen extremidades como muchos otros animales y porque sus cuerpos pueden doblarse por su propio peso, como ocurre con muchos otros animales.
Una de las serpientes del experimento utilizó músculos en la base de la percha para elevarse hasta la siguiente percha.
(Crédito de la imagen: Bruce Jayne)
Esta capacidad vertical desconcertó a los investigadores, por lo que para comprender esta impresionante habilidad, el equipo de investigación, dirigido por L. Mahadevan, profesora Lola England de Valpine de Matemáticas Aplicadas, Física y Biología Organísmica y Evolutiva en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson y la Facultad de Artes y Ciencias, rastreó los movimientos musculares de las serpientes y los comparó con los datos recopilados de un estudio de 2017 del Journal of Experimental Biology.
Para el experimento, todas las serpientes estaban en una percha, similar a la rama de un árbol. Luego, el equipo monitoreó de cerca los movimientos de la serpiente mientras se elevaba verticalmente, intentando moverse a una posición diferente. A partir de su seguimiento, el equipo observó una estrategia sencilla. Las serpientes no endurecieron todo su cuerpo; en cambio, tensaron sus músculos y crearon una ligera curva cerca de la base de la percha. Esta curvatura, según el equipo, crea una especie de “capa límite” en la serpiente.
A partir de ahí, la serpiente impulsa la mayor parte de su cuerpo verticalmente y se mantiene casi perfectamente recta, evitando así que la gravedad cree un par de flexión adicional y reduzca la energía necesaria para mantener el equilibrio.
Músculos clave y una ligera curvatura
Para comprender sus observaciones, el equipo creó un modelo matemático que representa a la serpiente como un filamento elástico activo, una estructura blanda capaz de detectar su propia forma y responder con fuerzas musculares.
A partir de los modelos, los investigadores examinaron dos estrategias de control. La primera, la retroalimentación local, examina cómo responden los músculos al doblar y endurecer el cuerpo. El segundo, control óptimo, analiza cómo los músculos se coordinan de forma no local a lo largo del cuerpo para minimizar el uso de energía.
“Para algunos puede ser una pesadilla, pero ahora hemos analizado, matemática y físicamente, la física oculta y las estrategias de control que permiten a las serpientes desafiar la gravedad”, dijo Mahadevan en un comunicado de prensa.
Las serpientes inspiran la robótica del futuro
Los resultados del estudio revelaron no sólo cómo las serpientes pueden mantenerse erguidas, sino también que mantener una postura erguida es mucho más difícil que levantar el cuerpo hasta esa posición. Según los hallazgos, sólo se requiere una fuerza muscular mínima para levantar el cuerpo de una serpiente a una posición vertical; Se requiere mucha más fuerza muscular para mantener esa postura.
Esto podría explicar por qué, junto con la suave curvatura de la parte inferior del cuerpo de la serpiente, parece balancearse ligeramente hacia adelante y hacia atrás para mantener el equilibrio.
A partir de este trabajo, el equipo de investigación espera que estas habilidades algún día puedan aplicarse a la robótica blanda: materiales flexibles que pueden usarse en avances médicos, así como en aplicaciones espaciales y submarinas.
“Al concentrar el control donde es necesario, los ingenieros pueden aprender a construir máquinas que sean eficientes y resistentes”, dijo en el comunicado de prensa el primer autor Ludwig Hoffmann, investigador postdoctoral en matemáticas aplicadas.
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