Robots inspirados en el movimiento de la célula reptadora más veloz

Un equipo de investigadores liderado por Marino Arroyo, de la UPC, profundiza en las deformaciones del organismo unicelular Euglena

Imagen microscópica del cultivo y movimiento de la Euglena en ambientes abarrotados
Imagen microscópica del cultivo y movimiento de la Euglena en ambientes abarrotados

En espacios estrechos, la Euglena logra ser el organismo acuático unicelular más rápido. Lo consigue a través de un movimiento de su cuerpo que le permite “rectar de una forma muy eficiente”. Esa capacidad de deformar su cuerpo podrá ser utilizada ahora para diseñar robots más operativos a la hora de desplazarse en entornos complejos y confinados, tales como diferentes tipos de suelo, entre escombros o incluso dentro del cuerpo humano.

Un equipo de investigadores liderado por el profesor e investigador Marino Arroyo, de la UPC y el IBEC, ha descubierto la capacidad que tiene la Euglena para reptar rápidamente en espacios estrechos. Este organismo, en palabras del científico, siempre ha sido “un ejemplo paradigmático de movimientos muy espectaculares, coordinados y muy elegantes". “Pero siempre han sido un misterio”, añade refiriéndose a la causa de esas alteraciones.

Una incógnita que se remonta a hace más de tres siglos, cuando Anton van Leeuwenhoek, conocido como el padre de la microbiología, quedó sorprendido por el comportamiento de los organismos unicelulares que encontró en una gota de agua de un estanque.

Se terminó por creer que dicho movimiento era un remanente del pasado, de cuando utilizaban la capacidad de deformar su cuerpo para comer otras células. Esta cualidad dejó de tener sentido porque dichas células se hicieron fotosintéticas al tragarse algas, así que pasaron a alimentarse de la luz.

Imagen microscópica del cultivo y movimiento de la Euglena en ambientes espaciosos

Metaboly

“Ver un movimiento con tanta intención nos hizo pensar que había algo más”, recuerda Arroyo, quien ha trabajado junto a otros científicos de Italia. Por eso empezaron, según sus propias palabras, “a tirar del hilo”. El primer paso fue entender cómo lo hacen, es decir, de qué manera se distorsiona la Euglena. Hay que tener en cuenta que “a escala micrométrica las leyes de la física que determinan cómo se desplazan los distintos organismos son muy diferentes porque no tienen inercia”.

El segundo paso fue encontrar el porqué de esas deformaciones coordinadas de gran amplitud en su cuerpo, un movimiento conocido como metaboly. El estudio se inició con la hipótesis de que podría ser útil para moverse en ambientes abarrotados o espacios estrechos, y colocaron células de la Euglena en tubos cada vez más pequeños para examinar su comportamiento.

“Las células se desplazaron con una elegancia y efectividad sorprendentes, a una longitud de un cuerpo cada veinte segundos, mucho más rápido que las células reptadoras más veloces de animales”, apunta el científico Giovanni Noselli.

De este modo, y mediante la combinación de observaciones experimentales y modelos teóricos y computacionales, los autores del trabajo han demostrado que las deformaciones peristáticas del cuerpo del metaboly permiten que las células de la Euglena presionen tanto hacia las paredes de confinamiento del tubo como hacia el fluido que la rodea para avanzar, haciendo que sea un modo de desplazamiento particularmente versátil y adaptable.

Además, el estudio ha identificado diferentes tipos de metaboly en varias especies de la Euglena, hecho que puede tener un gran impacto en el campo de la biología. "Los biólogos, ahora, se pueden plantear cómo estos diferentes estilos de desplazamiento se ajustan a la historia evolutiva de la Euglena. Sabemos que son las células reptadoras más rápidas, pero aún no está claro cuándo utilizan esta capacidad en su entorno natural", afirma Marino Arroyo.

Inteligencia incorporada

Los resultados de la investigación, publicados en la revista científica Nature Physics, demuestran que las células de la Euglena operan siguiendo el principio de la 'inteligencia incorporada o mecánica’. “Son células simples sin un sistema nervioso y, por tanto, la inteligencia que necesitan para reptar y adaptarse a diversas condiciones solo puede ser mecánica", explica el científico Antonio DeSimone.

Todo esto encaja con la tendencia actual en el mundo de la robótica: los soft robotics. “Se está trabajando en robots blandos y deformables que, con unas instrucciones muy sencillas y con la propia deformabilidad del material, sea capaz de responder a un entorno variable y adaptarse a condiciones cambiantes sin tener que procesar la información”, explica el profesor de la UPC en declaraciones a Innovaspain.

La Euglena tiene un mecanismo de deformación “muy particular”, con una superficie estriada y “todo un sistema que permite reptar en espacios confinados”. Será la base para hacer “robots que sean capaces de desplazarse por entornos muy confinados y cambiantes”. De momento están trabajando en construir prototipos centimétricos que imiten al organismo acuático unicelular.

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