El insecto palo es un organismo modelo popular en la investigación biológica para obtener una mejor comprensión de los movimientos de caminar del insecto. La ventaja del insecto palo es que la estructura de sus partes del cuerpo y sistema nervioso son comparativamente simples. Durante décadas, los libros de texto han afirmadoque la fuerza para mantener la postura corporal y el movimiento de conducción era controlada independientemente por diferentes articulaciones. Ahora, como informa el biólogo Chris Dallmann, "esto no es correcto". El investigador doctoral en el Cluster of Excellence Cognitive Interaction Technology CITEC en la Universidad de Bielefeld explicaque "en realidad, una misma articulación es responsable de ambas funciones, y podemos mostrar esto con nuestros nuevos análisis". Dallmann presentó estos hallazgos junto con los profesores Dr. Volker Dürr y Dr. Josef Schmitz en Actas de la Royal Society , una revista de investigación biológica.
"Queríamos descubrir cómo se mueve un insecto palo y qué funciones juegan las partes individuales de la pierna en su movimiento", explica el profesor Dr. Josef Schmitz, quien junto con el profesor Dr. Volker Dürr supervisa la tesis doctoral de Chris Dallmann"Sorprendentemente, la fuerza para la propulsión y el mantenimiento de la postura del cuerpo proviene de la misma articulación. Esta articulación sirve como una unidad de potencia y genera la mayor cantidad de fuerza en la pierna. Las otras articulaciones de la pierna sirven, en cierto modo, como unidades de dirección, que redirige el poder de manera que el insecto pueda sostenerse sobre el suelo y propulsarse hacia adelante ", dice Dallmann." Un principio similar opera, por ejemplo, en el vuelo de insectos, donde los músculos de gran potencia proporcionan la fuerza principal que es entoncesredirigido por músculos de dirección más pequeños para levantar y arrastrar. Este principio de división funcional aparentemente resistió la prueba de la evolución ".
Hasta hace poco, los biólogos de todo el mundo creían que la fuerza para el movimiento hacia adelante del insecto palo provenía de la articulación que movía la pata hacia atrás. "La razón de esta suposición incorrecta era que los métodos de medición no eran lo suficientemente precisos", explica Josef Schmitz."Los insectos palo solo pesan alrededor de un gramo. Debido a su peso ultraligero, anteriormente era muy difícil calcular cuánta fuerza ejerce un segmento de pierna individual".
Dallmann trabaja en el grupo de investigación Biological Cybernetics, que es un grupo miembro participante en CITEC y está encabezado por Volker Dürr de la Facultad de Biología. Dallmann también está contribuyendo al desarrollo posterior del robot ambulante Héctor, cuya inspiración surgiódel movimiento del insecto palo.
El grupo de investigación Biological Cybernetics ha desarrollado una nueva técnica que funciona bien con el peso ultraligero del insecto palo. Mide las fuerzas ejercidas en el suelo por toda la pierna con alta precisión. También mide cómo se mueve la pierna en el espacio con"Al combinar ambos tipos de datos, puedo calcular cuánta fuerza ejerce cada articulación individual", explica Dallmann. De esta manera, Dallmann puede demostrar qué articulación está impulsando el movimiento y qué articulaciones simplemente redirigen la fuerza.
Cada una de las seis patas del insecto palo se mueve principalmente por tres articulaciones. Estas articulaciones están conectadas al cuerpo del insecto en forma de L. Una articulación de la cadera articulación del tórax-coxa, alrededor de la cual la pierna se mueve hacia atrás, conecta elpierna al cuerpo. Una segunda articulación de la cadera articulación coxa-trocánter conecta la cadera con el muslo. Alrededor de esta articulación, la pierna se mueve hacia abajo. Finalmente, la articulación de la rodilla articulación fémur-tibia conecta el muslo con la pierna,y mueve la pierna hacia afuera.
Para descifrar cuánta fuerza generan las articulaciones de las patas del insecto palo, Dallmann hizo que sus insectos caminen por una pasarela con plataformas integradas. Los sensores en las plataformas registraron la presión y las fuerzas laterales ejercidas por las patas del insecto. Al mismo tiempoCon el tiempo, Dallmann grabó los movimientos de caminar del insecto con un sistema de captura de movimiento. El sistema Vicon utiliza cámaras infrarrojas para registrar el movimiento de 17 pequeños reflectores marcadores, que están unidos al exoesqueleto del insecto palo ". Cuando combinamos las mediciones delLos movimientos del insecto y las fuerzas de reacción del suelo dejaron en claro que la propulsión no surge de la articulación de la cadera alrededor de la cual la pierna se mueve hacia atrás ", explica Dallmann." En cambio, la propulsión surge automáticamente del muslo presionando fuertemente en apoyo del cuerpo ".Hasta hace poco, los investigadores pensaban que presionar el muslo hacia abajo solo servía para sostener el cuerpo.
Estos nuevos hallazgos no solo darán lugar a revisiones de libros de texto, sino que también se probarán en el robot Héctor, que se basa en un insecto palo. "El robot es similar a un insecto palo y está equipado con articulaciones elásticas en las piernas", diceChris Dallmann: "Ahora queremos probar qué ventajas tiene tener una sola articulación que controle la altura del cuerpo y la propulsión, como se ve en la contraparte biológica".
En su disertación doctoral, Chris Dallmann se ocupa de la cuestión de cómo los insectos palo se adaptan a su entorno al caminar. Ha sido miembro de la Escuela de Graduados de CITEC desde finales de 2013. La Escuela de Graduados de CITEC fue fundada en 2008 paraproporcionar una calificación académica adicional en tecnología de interacción cognitiva en la Universidad de Bielefeld. Actualmente, la Escuela de Graduados cuenta con aproximadamente 100 miembros.
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Materiales proporcionado por Universitaet Bielefeld . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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