Un sistema de control de inspiración biológica aborda el "problema de las cuatro alas"
Un grupo de investigación puede haber desentrañado el misterio detrás de la locomoción del antiguo reptil marino, el plesiosaurio, al recrear un sistema de control de inspiración biológica que explica el ajuste del movimiento.
Los extintos animales tenían formas corporales muy diferentes a las de los animales que aún existen en la actualidad, lo que hace difícil determinar cómo se movían comparándolos con las especies vivas. Además, los fósiles rara vez conservan los tejidos blandos de las extremidades que los científicos necesitan para estudiar la locomoción y obtener conocimientos clave sobre sus estilos de vida.
Los plesiosaurios vagaban por los océanos prehistóricos de la Tierra, impulsados por su estructura corporal única, que presentaba cuatro grandes aletas de igual tamaño. Sin embargo, la forma en que los plesiosaurios utilizaban estas aletas para nadar ha desconcertado a los paleontólogos durante mucho tiempo. Este llamado "problema de las cuatro alas" ha sido un tema de acalorado debate durante años.
Pero ahora, un grupo de investigación compuesto por investigadores de la Universidad de Tohoku, la Universidad de Kanagawa y la Universidad de Manchester ha desarrollado un novedoso enfoque para abordar este misterio.
Imagen: Un plesiosaurio con una morfología única. Los animales modernos que nadan utilizando sus aletas se impulsan utilizando sus aletas delanteras, pero los plesiosaurios tienen aletas delanteras y traseras muy grandes, y se cree que podrían usar ambas para impulsarse. El problema de la coordinación de las extremidades de los plesiosaurios se conoce como el "problema de las cuatro alas" y es uno de los problemas de reconstrucción del movimiento que se plantea desde hace mucho tiempo en la paleontología. Crédito: Akira Fukuhara
"En lugar de centrarnos únicamente en cómo interactúa el agua con los cuerpos de los plesiosaurios (es decir, la hidrodinámica de la natación), decidimos examinar cómo estos animales controlaban su movimiento", dice Akio Ishiguro, profesor del Instituto de Investigación de Comunicación Eléctrica (RIEC) de la Universidad de Tohoku. "Esto se debe a que los plesiosaurios deben haber sido capaces de nadar a diferentes velocidades y en condiciones variadas".
Akio y sus colegas se inspiraron en la mecánica de coordinación entre miembros que subyace a los patrones de marcha flexibles que utilizan otros vertebrados de cuatro patas, como los perros y los gatos. Desarrollaron un sistema de control autónomo y descentralizado para un robot similar a un plesiosaurio.
Los resultados experimentales mostraron que el sistema de control generó con éxito patrones coordinados entre las aletas delanteras y traseras en respuesta a cambios en el ciclo de aleteo y la morfología.
Imagen: Descripción general de la reconstrucción propuesta de la locomoción flexible animal extinta basada en el mecanismo de control subyacente a la locomoción animal. (A) La comprensión del mecanismo de control de la locomoción animal es el punto de partida del método propuesto. (B) En la reconstrucción de la locomoción flexible de los animales actuales intervienen dos procesos: (B1) diseño de un robot similar a un animal extinto; (B2) experimentos con robots para probar la aparición de la locomoción flexible a través del mecanismo de control. Crédito: Akira Fukuhara
"Nuestro nuevo enfoque reconstruye la forma en que los animales extintos pueden ajustar sus patrones de movimiento de una manera flexible y dependiente de la situación", dice Akira Fukuhara, profesor asistente en RIEC y primer autor principal del artículo. "También significa que podemos empezar a investigar los repertorios de locomoción completos de otros animales extintos y aprender más sobre sus estilos de vida".
También participaron en el estudio Mtsutoshi Sato y Hisayuki Ogawa, dos ex estudiantes de posgrado del RIEC; junto con Tamaki Sato, profesor de la Universidad de Kanagawa; y William Sellers, profesor de la Universidad de Manchester.
De cara al futuro, el grupo de investigación espera realizar reconstrucciones de movimiento que tengan en cuenta otros aspectos del cuerpo de los plesiosaurios. "Los plesiosaurios tenían cuellos notoriamente alargados, pero estas longitudes variaban considerablemente de una criatura a otra", añade Ishiguro.
"Esperamos crear modelos que incorporen los roles del cuello, la cabeza y el torso en el control de los movimientos de estas antiguas criaturas".
Los detalles del hallazgo fueron publicados en la revista Scientific Reports el 28 de octubre de 2024: Rethinking the four-wing problem in plesiosaur swimming using bio-inspired decentralized control
