Los ingenieros de 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 lo hacen normalmente. sin estresar a los animales. Los investigadores detrás del proyecto visualizan 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 impulsarse 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 tiene una flotabilidad neutra en el agua, mide unos dos centímetros de diámetro y está unida al cuerpo de la medusa a través de una pequeña púa de madera.

La investigación, dirigida por John Dabiri de Caltech (MS '03, Doctor. '05), Profesor Centenario de Aeronáutica e Ingeniería Mecánica, y la estudiante graduada de Stanford Nicole Xu — se publicó en la revista Avances de la ciencia el 29 de enero.

Típicamente, las medusas nadan a una velocidad de unos dos centímetros por segundo. Aunque son capaces de moverse más rápidamente, hacerlo no les ayuda a atrapar presas, su razón típica para usar el movimiento de "natación" con tentáculos.

En la investigación descrita en el artículo, Dabiri, Xu, y sus colegas equiparon a las medusas con un controlador microelectrónico que pulsa a una frecuencia tres veces más rápida que los pulsos corporales habituales de los animales. El pulso de los animales se aceleró, produciendo un aumento correspondiente en su velocidad de natación a alrededor de 4-6 centímetros por segundo.

Además de hacer que las medusas sean más rápidas, las sacudidas eléctricas también les hicieron nadar de manera más eficiente. Aunque las medusas nadaban tres veces más rápido que su ritmo habitual, utilizaron solo el doble de energía para hacerlo (medida por la cantidad de oxígeno consumido por los animales mientras nadaban). De hecho, las medusas equipadas con prótesis tenían más de 1, 000 veces más eficiente que los robots de natación, Dice Xu.

"Hemos demostrado que son capaces de moverse mucho más rápido de lo normal, sin un costo indebido en su metabolismo, "Dice Xu." Esto revela que las medusas poseen una capacidad sin explotar para natación más eficiente. Por lo general, no tienen una razón para hacerlo ".

Cabe señalar que las medusas fueron monitoreadas de cerca para asegurarse de que no sufrieran daños. Las medusas no tienen cerebro ni receptores del dolor, pero se ha descubierto que secretan moco cuando están estresados, y no se observó tal secreción en este experimento. Además, la medusa volvió a nadar normalmente una vez que se quitó la prótesis.

La investigación representa un "término medio" entre dos vetas de trabajo de robótica bioinspirada en las que Dabiri ha estado involucrado durante la última década. tanto en Caltech como en Stanford. Uno implica el uso de componentes puramente mecánicos y el otro materiales puramente biológicos.

Con sistemas puramente mecánicos, Dabiri ha tenido éxito construyendo robots que parecen animales reales pero requieren mucha más energía para realizar las mismas tareas. "Aún 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. En efecto, en colaboración con colegas de la Universidad de Harvard, Dabiri ha demostrado que las células del corazón de las 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.

El esfuerzo por agregar controles mecánicos a las medusas comenzó en 2013 en Caltech cuando Xu era un estudiante de pregrado que realizaba una beca de investigación de pregrado de verano (SURF) en el laboratorio de Dabiri. Dabiri estaba interesado en aprovechar las medusas para la exploración y detección de océanos debido a su abundancia:las especies utilizadas en los experimentos actuales se pueden encontrar en todos los océanos de la tierra, a profundidades que van desde la superficie hasta el fondo de trincheras profundas.

"Solo se ha explorado una pequeña fracción del océano, por eso, queremos aprovechar el hecho de que las medusas ya están en todas partes para dar un salto en las mediciones realizadas en barcos, que son limitados 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, salinidad, niveles de oxigeno, etcétera, podríamos crear una red oceánica verdaderamente global donde cada uno de los robots medusas cuesta unos pocos dólares para instrumentar y se alimenta de energía de las presas que ya están en el océano ".

En la actualidad, la prótesis puede dirigir a las medusas para que comiencen a nadar y controlen 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, que espera desarrollar controles electrónicos aún más pequeños que puedan estar completamente incrustados en el tejido de la medusa, haciéndolas prótesis permanentes pero desapercibidas.

El estudio se titula "La microelectrónica de baja potencia incorporada en medusas vivas mejora la propulsión".