Esta imagen compuesta de lapso de tiempo muestra una medusa robot biohíbrida descendiendo a través de un tanque de tres pisos diseñado para probar las habilidades de natación de las criaturas modificadas. Crédito de la imagen: Caltech
¿Qué sucedería si los humanos permitiéramos que las medusas exploraran los océanos en nuestro nombre y nos informaran sobre lo que descubren? La creación de lo que los investigadores llaman medusas robóticas biohíbridas es el objetivo de una nueva investigación en Caltech.
El trabajo principal de las medusas es nadar, picar, comer y reproducirse. Ni siquiera poseen la capacidad de pensar. Sin embargo, los humanos, a pesar de toda nuestra sofisticación, no podemos viajar fácilmente a las profundidades de los océanos.
Pero, ¿qué sucedería si los humanos permitiéramos que las medusas exploraran los océanos en nuestro nombre y nos informaran sobre lo que descubren? La creación de lo que los investigadores llaman medusas robóticas biohíbridas es el objetivo de una nueva investigación en Caltech. Estas criaturas, que pueden considerarse como cyborgs oceánicos, dan a las medusas dispositivos electrónicos que mejoran su natación y un «sombrero» protésico que puede transportar una pequeña carga útil y al mismo tiempo hace que naden de una manera más aerodinámica.
El estudio, que se publicó en la revista Bioinspiration & Biomimetics, se desarrolló en el laboratorio de John Dabiri, un ingeniero aeronáutico nigeriano-estadounidense y profesor de la Cátedra del Centenario en el Instituto de Tecnología de California. Se basó en su investigación anterior sobre el crecimiento de las medusas. El objetivo de esta investigación es utilizar medusas como recolectores de datos robóticos, enviándolas a los océanos para recopilar información sobre temperatura, salinidad y niveles de oxígeno, todos los cuales están afectados por el cambio climático.
Dabiri afirma que, aunque es bien sabido que el océano es fundamental para determinar nuestro clima presente y futuro en la tierra, todavía sabemos sorprendentemente poco sobre él, especialmente lejos de la superficie. «Inspirado en uno de los pocos animales que ya explora con éxito todo el océano, nuestro objetivo es finalmente mover esa aguja adoptando un enfoque poco convencional».
Dabiri ha encontrado inspiración en el mundo natural, como las medusas, para resolver desafíos de ingeniería a lo largo de su carrera. El trabajo comenzó con los primeros intentos del laboratorio de Dabiri de crear un robot mecánico que nadara como medusas y tuviera el mejor método para viajar por el agua que cualquier criatura viva.
Aunque su equipo de investigación desarrolló un robot de este tipo, nunca fue capaz de nadar con la misma habilidad que una medusa real. Dabiri se preguntó: ¿por qué no trabajar con las medusas?
Dabiri afirma que las medusas son las primeras exploradoras del océano, llegando a los rincones más profundos y prosperando tanto en aguas tropicales como polares. Debido a que no tienen cerebro ni la capacidad de sentir el dolor, hemos podido colaborar con especialistas en bioética para desarrollar esta aplicación robótica biohíbrida de una manera que se basa en principios éticos.
El laboratorio de Dabiri previamente implantó a las medusas un marcapasos electrónico que les permitía controlar la velocidad a la que nadaban. Al hacerlo, descubrieron que las medusas se volvían aún más eficientes si las hacían nadar más rápido que el ritmo pausado que normalmente mantienen. Una medusa que nada tres veces más rápido de lo normal utiliza sólo el doble de energía.
Esta vez, el equipo de investigación fue más allá y agregó un cuerpo anterior a las medusas. Estos cuerpos anteriores parecen sombreros colocados encima de la campana de la medusa. Simon Anuszczyk, un estudiante de posgrado y autor principal de los dispositivos, diseñó los dispositivos con el objetivo de mejorar la aerodinámica de la medusa y al mismo tiempo proporcionar un lugar donde se puedan transportar sensores y otros dispositivos electrónicos.
Anuszczyk afirma que diseñó cuerpos impresos en 3D para agilizar la campana del robot medusa, reducir la resistencia y mejorar el rendimiento de natación, al igual que el extremo afilado de una flecha. «Experimentamos con la impresión 3D al mismo tiempo hasta que pudimos equilibrar cuidadosamente la flotabilidad y mantener a las medusas nadando verticalmente».
El laboratorio de Dabiri comenzó a construir un enorme acuario vertical en el Laboratorio Guggenheim de Caltech para probar las habilidades de natación mejoradas de las medusas. Debido a que los investigadores quieren recopilar datos sobre las condiciones oceánicas muy por debajo de la superficie, se construyó un tanque de 3 pisos de alto.
Dabiri afirma que querían desarrollar una instalación para estudiar ese proceso en el laboratorio porque en el océano, el viaje de ida y vuelta desde la superficie hasta varios miles de metros a las medusas les llevará unos días. Nuestro tanque vertical permite a los animales nadar contra una corriente vertical que fluye, como una cinta de correr para nadadores. Esperamos que la singular escala de la instalación, que probablemente sea la primera cinta de correr vertical de este tipo, sea beneficiosa para una amplia gama de otras actividades básicas y aplicadas a la investigación.
En el tanque, las pruebas de natación demostraron que una medusa equipada con una combinación de marcapasos y parte delantera puede nadar hasta cuatro veces más rápido que una medusa completamente natural mientras lleva una carga útil.
Dabiri afirma que las medusas biohíbridas tienen un costo total de alrededor de 20 dólares por medusa, lo que las hace una opción atractiva en lugar de alquilar un barco de investigación cuyo funcionamiento puede costar más de 50.000 dólares al día.
Dabiri añade que nuestro desafío de ingeniería es mucho más manejable al utilizar la capacidad natural de las medusas para soportar presiones extremas en las profundidades del océano y su capacidad para alimentarse. Aún necesitamos diseñar el conjunto de sensores para soportar las mismas presiones aplastantes, pero ese dispositivo es más pequeño que una pelota de tenis, lo que lo hace mucho más fácil de diseñar que un vehículo submarino completo que opere a esas profundidades.
«Estoy muy emocionado de ver lo que podemos aprender simplemente observando estas zonas del océano por primera vez», dijo.
Dabiri dice que el trabajo futuro puede centrarse en mejorar aún más las capacidades de las medusas biónicas. En este momento, sólo se puede hacer que naden más rápido en línea recta, como los caminos verticales que se están diseñando para medir las profundidades del océano. Pero investigaciones futuras también podrían hacer que sean orientables, de modo que puedan dirigirse tanto horizontal como verticalmente.
REFERENCIAS
Electromechanical enhancement of live jellyfish for ocean exploration. Bioinspiration & Biomimetics: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-3190/ad277f
