La evolución de la capacidad de caminar antes aún de que las primeras especies salieran del agua para moverse en tierra firme ha sido modelada por matemáticos de la Universidad de Harvard.
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| Investigadores de la Universidad de Nueva York descubrieron que los pequeños patines, que se escabullen por el fondo del mar con dos aletas parecidas a patas, utilizan las mismas neuronas motoras y genes que ayudan a los humanos y a otros vertebrados terr - JUNG ET AL./N.Y.U. SCHOOL OF MEDICINE |
Los hallazgos sugirieron que las redes neuronales necesarias
para caminar podrían haber estado presentes en el antepasado común de las rayas
y los mamíferos hace unos 420 millones de años, millones de años antes de que
el primer pez intrépido saliera del océano.
Pero, ¿cómo caminaron exactamente nuestros ancestros
acuáticos antiguos? Si bien el registro fósil conserva sus huesos, el sistema
neuromuscular y las vías que controlaban su movimiento se pierden.
Ahí es donde los modelos teóricos pueden ayudar a iluminar
el rango y la dificultad de las diferentes estrategias.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desarrollaron un marco matemático para explicar cómo pudo haber evolucionado la caminata bajo el agua. Los investigadores encontraron que los ancestros de los patines y los humanos podrían haber logrado caminar bajo el agua de manera eficiente utilizando la morfología corporal disponible con muy poca energía y controles simples.
La investigación se publicó en la revista Journal of The Royal Society Interface.
Los investigadores demostraron que la marcha alterna de
izquierda a derecha que usan los patines y otros vertebrados surge con un
algoritmo simple basado en el aprendizaje por refuerzo, consistente con un
modelo teórico simple. Para probar el marco, los investigadores construyeron un
robot bípedo y demostraron que sus comportamientos son similares a los del
modelo.
"Nuestra investigación es otra pieza en el rompecabezas hacia la comprensión de la evolución de la locomoción con patas", dijo Fabio Giardina, becario postdoctoral en matemáticas aplicadas en SEAS y primer autor del artículo. "Demostramos que dada una morfología rudimentaria, existen leyes de control simples que conducirán a una locomoción muy eficiente. La física nos está dando todo lo que necesitamos para que caminar sea factible bajo el agua".
"La combinación de un entorno confiable de baja
gravedad y una morfología del cuerpo con patas bien puede haber ayudado a
allanar el camino para la marcha bípeda antes de que nuestros antepasado
acuáticos hicieran la transición a tierra firme", dijo L. Mahadevan,
profesor de Matemáticas Aplicadas de Biología Organísmica y Evolutiva y de
Física y autor principal del artículo. "A medida que nuestros antepasados
hicieron la transición a la tierra, la estrategia de control probablemente se
volvió más compleja. Pero en entornos confiablemente homogéneos, como el fondo
del mar, tal vez todo lo que se necesitaba era una estrategia
simple".
Además de arrojar luz sobre el pasado, esta investigación
allana el camino para diseñar robots bioinspirados más eficientes en el futuro.
"Además de la locomoción energéticamente eficiente,
descubrimos que nuestro robot puede recuperarse de grandes perturbaciones sin
corregirlas activamente, una propiedad que atribuimos a la adaptación del
diseño al entorno físico", dijo Giardina. "Creemos que este enfoque
nos ayudará a construir robots andantes más eficientes y robustos en el
futuro".
"Nuestro trabajo se suma a la creciente evidencia de
que para comprender verdaderamente el comportamiento o sintetizarlo usando
robots, debemos considerar la interacción entre el cerebro, el cuerpo y el
medio ambiente", dijo Mahadevan.
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