El movimiento de los insectos sin músculos puede inspirar el desarrollo de extremidades protésicas

Actualizado 18/07/2013 21:47:09 CET
EUROPA PRESS/CAIXANOVA

MADRID, 18 Jul. (EUROPA PRESS) -

Neurobiólogos de la Universidad de Leicester, en Reino Unido, han demostrado que las extremidades de insectos pueden moverse sin músculos, un hallazgo que puede proporcionar a los ingenieros nuevas formas de mejorar el control de las extremidades robóticas y las prótesis.

Su trabajo, publicado en 'Current Biology', ayuda a explicar cómo los insectos controlan sus movimientos mediante una estrecha interacción de control neuronal y biomecánico con "trucos inteligentes", según describe el investigador principal, Tom Matheson, profesor adjunto de Neurobiología de la Universidad de Leicester.

Los científicos muestran que la estructura de algunas articulaciones de las patas de los insectos hace que se muevan, incluso en ausencia de músculos. Las llamadas "fuerzas conjuntas pasiva" sirven para devolver la extremidad hacia una posición de descanso.

Los movimientos pasivos difieren en los miembros que tienen diferentes funciones y comportamiento de musculatura, lo que sugiere que las estructuras de la articulación están adaptadas específicamente para complementar las fuerzas musculares. Los investigadores proponen un esquema de control del motor de las articulaciones de insectos en los que no todos los movimientos son impulsados ??por los músculos.

Matheson, del Departamento de Biología, explica: "Es bien sabido que algunos animales almacenan energía en tendones de los músculos y otras estructuras elásticas. Dicho almacenamiento de energía permite que las fuerzas explosivas que deben aplicarse para generar movimientos son mucho más rápidas que las que pueden ser generadas por contracciones musculares solas. Esto es crucial, por ejemplo, cuando los saltamontes o las pulgas saltan".

"Este estudio proporciona una nueva comprensión de las formas en que los mecanismos de almacenamiento de energía pueden funcionar en una gama mucho más amplia de los movimientos", apostilla. El trabajo se centró en identificar cómo las propiedades biomecánicas de los miembros de una amplia gama de insectos influyen en los movimientos relativamente lentos, como los que se producen durante la marcha, el rasguño o la escalada.

"El sorprendente resultado fue que, aunque algunos movimientos se ven influidas por las propiedades de los músculos y tendones, otros se generan por las fuerzas que se presentan dentro de las propias articulaciones. Incluso cuando hemos eliminado todos los músculos y los tejidos de una articulación, en particular en la 'rodilla' de una langosta, la parte inferior de la pata (la tibia) aún se movía hacia un punto medio desde ángulos prolongados", relata Matheson.

"Esperábamos que las fuerzas se generaran dentro de los músculos de la pata, pero me soprendió que algunos continuaran aún cuando separamos ambos músculos, los extensores y flexores, de la tibia", prosigue. En la pata trasera de langostas, especializada en saltos y patadas, el músculo extensor es mucho más grande y más fuerte que el músculo flexor antagonista, lo que le permite dar poderosas patadas y saltos propulsados ??por extensiones de la tibia, que son dirigidos por las contracciones del músculo extensor.

Cuando las langostas se preparan para saltar, grandes cantidades de energía generada por el músculo extensor se almacenan en el tendón del músculo y en el exoesqueleto duro de la pierna. "Sorprendentemente, nos dimos cuenta de que cuando se retiraron los músculos, la tibia naturalmente se flexionó hacia un punto medio, y la hipótesis es que estos movimientos de retorno pasivo podrían contrarrestar al fuerte músculo extensor", argumentó.

"Para probar esta idea nos fijamos en la literatura y examinamos otras patas donde los músculos extensores y flexores están más estrechamente equilibrados en tamaño o fuerza, o donde el flexor es más fuerte que el extensor", señaló Jan M. Ache, estudiante de maestría de la Universidad de Colonia, en Alemania, que trabajaba en el laboratorio de Matheson.

"Encontramos que las fuerzas conjuntas pasivas realmente contrarrestan la fuerza del flexor o músculo extensor de los animales y las patas. En el saltamontes 'cabeza de caballo', por ejemplo, las fuerzas conjuntas pasivas incluso difieren entre las patas del medio y las patas traseras, incluso en el mismo animal. En ambos pares de patas, las fuerzas conjuntas pasivas soportan el músculo más débil.

"Esto podría ser muy importante para la generación de los movimientos en los insectos debido a que las fuerzas pasivas permiten una transferencia de energía a partir del músculo más fuerte al más débil", explica este investigador.

Este trabajo ayuda a saber cómo los insectos controlan sus movimientos mediante una estrecha interacción de control neuronal e ingeniosos trucos biomecánicos. Utilizando fuerzas pasivas balanceadas puede proporcionar a los ingenieros nuevas formas de mejorar el control de las extremidades robóticas y las prótesis, dicen los investigadores.