El biólogo, científico de materiales y especialista en biónica, el profesor Stanislav N. Gorb y su equipo del Instituto de Zoología de la Universidad de Kiel son conocidos por analizar las espectaculares capacidades de los animales y traducirlas en aplicaciones técnicas innovadoras.Por ejemplo, crearon brazos de agarre robóticos basados ​​en el modelo de insectos y una película adhesiva desmontable que funciona de manera similar a los órganos adhesivos de insectos, arañas y geckos.

en unpapelrecién publicado en elActas de la Academia Nacional de CienciasGorb examinó el saltamontes del arroz chino Oxya chinensis en colaboración con investigadores de China."Su capacidad para nadar y saltar fuera del agua ofrece una inspiración importante para la robótica avanzada", explicó el jefe del grupo de trabajo de Morfología Funcional y Biomecánica.

La locomoción extremadamente rápida del saltamontes en la superficie del agua, especialmente la forma en que salta en el agua, no ha sido investigada hasta ahora."Nuestro trabajo no sólo reveló los mecanismos combinados que son responsables de facilitar las acrobacias acuáticas en esta especie, sino que también sentó las bases para el desarrollo de robots bioinspirados que pueden moverse en terrenos variados", dijo Gorb.

Acrobacias acuáticas mediante una combinación de fuerzas estáticas y dinámicas.

El saltamontes del arroz chino está muy extendido en la región productora de arroz de China, especialmente a lo largo del río Yangtze, y es particularmente experto en acrobacias acuáticas para ser un animal terrestre.Si caen al agua, pueden volver a salir fácilmente y volar.

Cómo lo hacen exactamente se ha estudiado en detalle en el laboratorio.Para el experimento, 15 saltamontes (O. chinensis) con unlongitud del cuerpo(excluyendo patas) de 2,2 a 3,4 centímetros y un peso de 0,4 a 1,0 gramos se arrojaron en un tanque de vidrio lleno de agua.O permanecían completamente inactivos en la superficie del agua, se dejaban llevar pasivamente por la corriente, nadaban activamente o saltaban inmediatamente.

"Filmamos a los saltamontes mientras nadaban en eltanque de aguao saltó de él usando dos cámaras de alta velocidad", dijo Gorb. En un análisis posterior se incluyeron un total de 48 intentos de salto y 54 intentos de natación por parte de los animales. Los investigadores compararon la locomoción de salto y natación y luego analizaron laMecanismos utilizados por los saltamontes para generar fuerzas que faciliten sus acrobacias acuáticas.

Las mediciones de fuerza y ​​los análisis de modelos revelaron que el soporte del peso corporal a través depresión hidrostáticase puede lograr proporcional a la masa de los saltamontes, mientras que los impulsos de movimiento se derivan de interacciones controladas entre las extremidades y el agua (es decir, hidrodinámica).

Nueva estrategia de conducción para la robótica

Estudios anteriores se han concentrado principalmente en dos tipos de locomoción en la superficie del agua: la locomoción que es apoyada principalmente por eltensión superficial, utilizado, por ejemplo, por los zancudos, y una locomoción dominada por la dinámica especial de las extremidades.Esto lo utilizan, por ejemplo, los lagartos basiliscos para correr sobre el agua.Ninguna estrategia es ideal para aplicaciones técnicas bioinspiradas.

"La locomoción dominada por la tensión superficial en el agua depende de superficies superhidrófobas (no humectables), que no son fáciles de lograr para robots grandes. Y el medio acuáticolocomocióndominado por la dinámica de las extremidades se basa en un frecuente golpe contra la superficie, tanto por parte de animales como de robots, lo que consume demasiada energía", señala Gorb.

La capacidad del saltamontes chino del arroz para saltar fuera del agua se basa en otro principio impulsor que se ha revelado por primera vez."El saltamontes mostró una combinación de dos mecanismos diferentes para facilitar sus acrobacias acuáticas al soportar su peso a través de fuerzas hidráulicas estáticas y mover sus cuerpos hacia adelante a través de la hidrodinámica".

Después de estudiar las estrategias estructurales y de comportamiento de los saltamontes, Gorb y su equipo construyeron su primer robot.Al igual que los insectos, el prototipo puede nadar y saltar sobre la superficie del agua moviendo sus extremidades a diferentes velocidades.