La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Archive for the ‘Biología’ Category

La Filogenia del Geek

Posted by Carlos en octubre 22, 2010

Via ABC he llegado a esta interesante representación gráfica de la evolución del geek, desde el “bicho raro” de circo que -cual Leo Bassi del s XVI- le arrancaba con la boca la cabeza a un pollo vivo, a las distinstas subespecies urbanas que hoy encontramos. Pulsar sobre la imagen para ampliar.

Dan Martell

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Vacas esféricas, redes de distribución y la Ley de Kleiber

Posted by Carlos en febrero 4, 2010

Vaca esféricaLa Ley de Kleiber es una conocida –y controvertida– relación empírica entre la masa de un organismo y su tasa metabólica basal, esto es, los requisitos de energía necesarios para sobrevivir en reposo, en un en entorno de temperatura neutra. Su nombre hace referencia a Max Kleiber, el químico suizo que la propuso en 1932. Kleiber analizó datos relativos a los requisitos energéticos de diferentes animales, y observó que estos escalaban con la masa corporal de los mismos pero de manera sublineal. Más precisamente, si q es la tasa metábolica basal del animal y m es su masa, Kleiber observó que la primera seguía una ley de potencias q ~ mα, con α < 1. El valor empírico que obtuvo fue 0.76, que redondeó a 3/4. Esta relación empírica es un tanto sorprendente en tanto en cuanto un exponente de 2/3 –la conocida ley cuadrado-cubo– sería intuitivamente lo que cabría esperar: si nos imaginamos una vaca esférica, su volumen (proporcional a su masa) crece como el cubo del radio de la esfera, mientras que su superficie (que determina su emisión de calor) crece como el cuadrado de la misma. Sin embargo, el ajuste a 3/4 parece ser mejor que el de 2/3.

¿Dónde puede hallarse pues la razón de este exponente? Parece que el ejemplo de la vaca esférica podría no ser del todo realista, y que restricciones físicas en la construcción de las redes circulatorias –en particular en organismos con un punto central de distribución, como puede ser el corazón– puedan llevar a que patrones de crecimiento ligados al mencionado exponente sean más eficientes. De hecho, este fue el argumento que G. West, J.H. Brown y B.J. Enquist propusieron en 1997 en un artículo titulado

publicado en Science. En este trabajo West et al. derivaban el exponente 3/4 de las propiedades fractales de las ramificaciones de los vasos capilares para abarcar todo el volumen del organismo, en un régimen de minimización de la energía disipada.

Kleiber's Law

Kleiber M. (1947). Body size and metabolic rate. Physiological Reviews 27: 511-541.

Este trabajo no consiguió sin embargo disipar la controversia al respecto de la validez de la Ley de Kleiber, tanto por razones relativas a la relevancia del proceso fractal de ramificación, como por la evidencia empírica que parece seguir rehusando descartar conclusivamente la relación 2/3. Precisamente avivando el fuego de este debate, Peter Dodds –de la Universidad de Vermont– acaba de publicar un trabajo en el que se apoya claramente la hipótesis del exponente 2/3. El trabajo en cuestión lleva por título

y ha sido publicado hace unos días en Physical Review Letters. La idea básica es considerar el problema de diseñar una red de suministro que desde una fuente central abastezca a un conjunto de sumideros distribuidos en un espacio d-dimensional Ω. El volumen Vnet de esta red de distribución es

V_{net} \propto \rho_0 V^{1+\gamma_{\max}(1-2\epsilon-\zeta)}

donde ρ0 es la densidad de sumideros, γmax es el máximo exponente de crecimiento alométrico (el exponente que relaciona la dimensión espacial que crece más con el crecimiento del volumen del organismo), ζ es un exponente que relaciona la densidad de sumideros con la distancia a la fuente, y ε es el exponente que relaciona la velocidad de distribución a través de un conducto con su longitud. En el caso de vasos sanguíneos, Dodd considera γmax=1/d (el crecimiento isométrico de la red es el más eficiente), ζ=0 (los sumideros están uniformemente distribuidos) y ε=0 (la velocidad de distribución no varía en función de la longitud). Se obtiene entonces que

V_{net} \propto \rho_0 V^{1+1/d}

Dado que el volumen de la red debe crecer linealmente en este caso con el volumen del objeto (de lo contrario asintóticamente la red sería una fracción infinitesimal del volumen del organismo, o superior a éste lo que no tiene sentido), se deduce que la densidad de sumideros debe ser proporcional a V-1/d. Ahora, el consumo de energía en reposo Prest es proporcional al número de sumideros, por lo que se tiene

P_{rest} \propto \rho_0V \propto V^{-1/d}V \propto M^{(d-1)/d}

que para d=3 da lugar a la relación 2/3.

Más allá del debate sobre el valor exacto de cada decimal del exponente (que por otra parte es complejo de determinar empíricamente debido a las incertidumbres involucradas en el proceso), Dodd apunta un elemento interesante y es que de ser el exponente “real” mayor que 2/3 o bien habría una limitación fundamental en el crecimiento de los animales de sangre caliente, o bien hay otros factores que más allá del volumen de la red entran en juego en el proceso de minimización (por ejemplo, la impedancia). Es en cualquier caso apasionante lo que la teoría de redes puede aportar a la biología.

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El misterio del lobo de las Malvinas resuelto 176 años después

Posted by Carlos en noviembre 13, 2009

El 27 de diciembre de 1831 un joven y desconocido Charles Darwin embarcaba en el HMS Beagle para ejercer como experto naturalista en la que sería la segunda expedición del navío a tierras americanas. Cuando al cabo de casi cinco años regresó a Inglaterra, Darwin era ya un reputado científico en cuya mente empezaba a tomar forma la teoría de la evolución de las especies. Entre los hallazgos de la expedición más conocidos popularmente está el episodio de las Islas Galápagos, en particular en lo referente a las diferentes especies de pinzón descubiertas en cada isla, y que es citado como la chispa que le llevaría a la idea de la adaptación de las especies y de su disposición en un árbol evolutivo. Menos conocido -pero sin embargo quizás tan importante- es un hecho que mentalmente Darwin asociaba al mencionado de los pinzones: la presencia en las Malvinas de un mamífero similar a un lobo o a un gran zorro.

Lobo de las Malvinas

La ausencia de ciertos animales terrestres en islas oceánicas era algo que llamaba la atención de Darwin. Podía explicarse fácilmente que el desplazamiento de estos animales desde las masas continentales hasta islas en mitad de los océanos era sumamente complicado, pero desde un punto de vista creacionista cabía preguntarse porqué no habían sido creados en dichas islas desde un principio. Tal como escribió en El Origen de las Especies:

This general absence of frogs, toads and newts on so many true oceanic islands cannot be accounted for by their physical conditions; indeed it seems that islands are peculiarly fitted for these animals; for frogs have been introduced into Madeira, the Azores, and Mauritius, and have multiplied so as to become a nuisance. But as these animals and their spawn are immediately killed (with the exception, as far as known, of one Indian species) by sea-water, there would be great difficulty in their transportal across the sea, and therefore we can see why they do not exist on strictly oceanic islands. But why, on the theory of creation, they should not have been created there, it would be very difficult to explain.

Los mamíferos terrestres se incluían en este apartado, y precisamente el caso de los lobos de las Malvinas (Dusicyon australis) era lo más parecido a una excepción, ya que las islas se hayan a 480 km de la costa continental, y el susodicho lobo era una especie que sólo se encontraba en estas islas. Era admisible sin embargo que dada la situación geográficas de las islas se diera el caso de que estos animales hubiesen sido accidentalmente trasportados a las islas en icebergs, o incluso llevados allá por los primeros pobladores. Aunque no podía determinar con exactitud el origen de estos lobos, su ausencia en el continente le sugería a Darwin que las especies podían variar para adaptarse a un nuevo entorno.

Este misterio en relación al origen de los lobos de las Malvinas parece haber sido resuelto 176 años después de que Darwin viera a los animales in situ por vez primera, según Graham J. Slater y colaboradores describen en un artículo que lleva por título

publicado hace una semana en Current Biology. En este trabajo Slater et al. han analizado muestras de ADN mitocondral de cinco ejemplares del extinto lobo de las Malvinas conservados en museos, y las han comparado con la de otros cánidos del continente americano. El resultado es sumamente interesante. Desde un punto de vista comparativo con los mamíferos actuales, su pariente más cercano es el lobo de crin  (Chrysocyon brachyurus), una especie de zorro de largas piernas que habita en las praderas de Sudamérica. Más raro aún es el pariente más cercano a este lobo de crin: el perro venadero, un pequeño cánido cuyo aspecto asemeja más una marta o un turón que un zorro.

Lobo de Crin

Lobo de crin / Credit: Sarefo

Pero venadero

Perro venadero / Credit: Attis

Con todo lo más interesante es lo que hace referencia al tiempo de divergencia de las muestras del lobo de las Malvinas. El ancestro común de los cinco ejemplares analizados vivió hace unos 70 000 años, esto es, 50 000 años antes de que los primeros pobladores humanos llegaran a las Malvinas. Más aún, la divergencia entre el lobo de las Malvinas y los otros cánidos se produjo hace más de 6 millones de años, y es anterior por lo tanto al pico del gran intercambio americano (la invasión de Sudamérica por la fauna norteamericana) hace unos 3 millones de años, durante el Plioceno.

Lo anterior sugiere que -efectivamente- los ancestros del lobo de las Malvinas se aventuraron desde las costas continentales de Sudamérica en icebergs errantes, o quedaron accidentalmente atrapados en bloques de hielo que se desgajaron de la costa, sobreviviendo al viaje alimentándose de aves marinas y otros animales atrapados en el mismo iceberg hasta que finalmente llegaron a las Malvinas. Allí, el aislamiento geográfico y la evolución hicieron el resto.

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Antes que tener sexo contigo…

Posted by Carlos en octubre 5, 2009

… me arrancaría medio cuerpo, aunque fuéramos los dos últimos sobre la Tierra. Es un modo metafórico de rechazar a un pretendiente, siempre que no seas una estrella de mar.

Last of Their Race

Milton Tan / MT Your Mind

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Ruptura de simetría en redes de filamentos de actina produce una “cola cometaria” que impulsa a las células

Posted by Carlos en octubre 1, 2009

Las células de nuestro organismo son capaces de desplazarse en determinadas circunstancias: durante el desarrollo embrionario, durante la respuesta inmune, etc. Dicho desplazamiento (esto es, el desplazamiento por arrastre; hay otro tipo de desplazamiento basado en el impulso mecánico de flagelos, como en el caso de los espermatozoides) se realiza a través de redes de microfilamentos de actina, una proteína. Un artículo interesante describiendo este proceso es el titulado

realizado por Ananthakrishnan y Ehrlicher, y publicado en el International Journal of Biological Sciences, una revista de acceso abierto. Una de las cuestiones más interesantes en relación a este fenómeno es la ruptura de simetría que finalmente da lugar al movimiento. Cuando se observa el proceso se aprecia cómo se forma una envoltura simétrica de actina, y cómo esta envoltura se “rompe” de manera asimétrica, dando lugar a una especie de cola cometaria que propulsa a la célula, ya sea de manera suave o pulsante. Pulsando sobre la imagen inferior puede verse un vídeo ilustrativo.

Dayel et al. / PLoS Biology

Dayel et al. / PLoS Biology

El vídeo anterior está tomado de un artículo de Mark J. Dayel y colaboradores titulado

recién publicado en PLoS Biology. Dayel et al. han analizado mediante simulaciones y experimentos in vitro como pequeñas microesferas simétricas experimentan esta propulsión. En sus simulaciones una envoltura simétrica de filamentos de actina empieza a crecer en la superficie de la esera hasta que -al alcanzar un grosor del orden del radio de la esfera- se produce una rotura en dicha envoltura, y la esfera emerge de la misma dejando tras de sí una especie de cola cometaria de baja densidad. Hay diversos factores que entran en juego en el proceso: la mayor densidad de la red de filamentos junto a la superficie de la esfera que en el exterior de la envoltura provoca que sean más probables las microrroturas en esta última región. Una rotura de este tipo actúa de semilla para una rotura completa de la envoltura, debido a que la tensión de la red se realimenta positivamente en la zona de la fractura causando un fallo catastrófico en la misma, que se abre como las valvas de un molusco. Pulsando sobre la figura inferior puede verse un espectacular vídeo de una de las simulaciones.

Dayel et al. / PLoS Biology

Dayel et al. / PLoS Biology

Pueden verse más vídeos e ilustraciones en la página web de artículo. Realmente impresionante.

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Simios anti-evolucionistas

Posted by Carlos en agosto 28, 2009

Creeping Out

Credit: Dan Piraro

O quizás simplemente humanófobos. Menos mal que no salió adelante lo del Gran Simio…

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“Code of the Lifemaker” de James P. Hogan

Posted by Carlos en agosto 21, 2009


Code of the Lifemaker es una novela de James P. Hogan, el prolífico –y en los últimos tiempos controvertido– escritor británico. Es fundamentalmente una pieza de ciencia-ficción dura que el autor emplea como vehículo para explorar el rol del individuo en la sociedad, los choques de culturas, así como el conflicto entre ciencia y superstición, todo ello aderezado con acción e intrigas en un apasionante entorno alienígena como telón de fondo.

Decía un celebérrimo director cinematográfico que si en una película no sucede nada interesante en los primeros 30 segundos, el abandonaba la sala. No es fácil trasladar esta idea al mundo literario, ya que hay grandes obras cuyo arranque pone a prueba al lector, pero si algo puede decirse de Code of the Lifemaker es que no adolece de este problema. El prólogo con el que comienza la novela es uno de los hitos de la ciencia-ficción, y ha llegado a ser publicado como pieza separada en antologías de cuentos cortos del autor. Todo comienza hace 1,1 millones de años, en algún sistema estelar situado a 1 000 años luz de la Tierra. Una sonda automatizada de una civilización alienígena llega a un planeta virgen con el objeto de explotar sus recursos mineros. Para ello emplea un patrón de auto-replicación: una plétora de robots de diferentes tipos se afanan en la construcción de una factoría cuyo propósito inicial es la fabricación de robots análogos. Estos robots serán despachados para la construcción de una segunda factoría idéntica a la primera, y así sucesivamente. Tras un cierto número de replicaciones, cada factoría pasa a modo de explotación, extrayendo materia prima del terreno, procesándola y manufacturando las naves de carga en las que los bienes producidos serán devueltos al sistema de origen. El patrón de replicación da lugar a un crecimiento exponencial de los centros de explotación, convirtiendo toda la superficie del planeta en una planta industrial en apenas 50 años. En ese momento, la sonda embarca al contingente principal y procede al siguiente planeta. Desafortunadamente para la sonda (y para la civilización que la construyó, que pereció en el evento) una estrella se vuelve supernova en la proximidad, y el baño de radiación daña profundamente los sistemas y programas de la nave. Cuando 100 000 años después la sonda llega al primer cuerpo celeste en el que puede aterrizar y comienza la rutina de explotación, la situación se descontrola irreversiblemente. La capacidad de auto-replicación se mantiene, pero los fallos en los programas y en los sistemas de producción hacen que finalmente se desencadene un proceso evolutivo: empiezan a surgir robots con ligeras variaciones que compiten por los recursos materiales y por el acceso a las plantas de ensamblaje. Esta presión selectiva provoca la aparición de formas complejas de auto-defensa y replicación efectiva, así como patrones de comportamiento social, especiación y relaciones simbióticas. Una ecología robótica en la que –salvo el componente orgánico– todos los ingredientes de lo que consideramos vida están presentes.

Tras el cautivador prólogo, la novela arranca en un futuro muy próximo al actual (segunda década del s. XXI) y se divide inicialmente en dos hilos de acción. El primero tiene lugar en la Tierra, y se centra en Kart Zambendorf, un mentalista muy hábil. Gracias a dicha habilidad y a la del equipo de colaboradores que le rodea, Zambendorf es capaz de mantener una imagen de autenticidad en sus supuestos poderes ESP, lo que le permite una gran popularidad así como influyentes contactos en la GSEC –General Space Enterprise Corporation– una poderosísima megacorporación. A través precisamente de la GSEC se le plantea la idea de participar en una misión de la NASO (la North Atlantic Space Organization, resultado de la fusión de la ESA, la NASA y la OTAN) a Marte. Su papel sería oficialmente el de experimentar con sus poderes ESP sobre distancias interplanetarias, lo que indirectamente daría cobertura mediática a la misión y permitiría a la GSEC promocionar la futura colonización de Marte. Para sorpresa de Zambendorf, que aceptó la idea pensando que la NASO la descartaría, ésta se muestra favorable a la misma y contacta con Gerold Massey –un afamado psicólogo, ilusionista aficionado, y especializado en desenmascarar a videntes y otros farsantes– para que también forme parte de la misión.

Enterados de la composición de la tripulación (formada por un equipo multidisciplinar de científicos, muy diferente del que el perfil de la misión sugiere), la GSEC intenta desactivar a Massey desde el más alto nivel, lo que despierta el recelo de Zambendorf. Tanto más cuando al llegar a la estación en órbita en los días anteriores al comienzo del viaje advierten que un importantísimo contingente militar viajará con ellos. Cuando finalmente averigua que el equipamiento de los militares incluye vehículos para desplazarse por superficies heladas y densas atmósferas, todos los cabos quedan atados: esa misión no irá a Marte sino más bien a alguno de los satélites del Sistema Solar exterior. El anuncio público de esa “profecía” fuerza a la NASO y a la GSEC a reconocer abiertamente que el destino final del la misión no es Marte sino Titán. Más aún, se revela que las sondas de exploración que se han acercado al satélite han descubierto lo que parecen ser los restos de fábricas de origen extraterrestre, así como numerosos robots, aunque extrañamente ningún signo de los alienígenas que los construyeron. El posterior análisis de la información recopilada en relación a los tipos de robots detectados, así como a su comportamiento lleva a la sorprendente conclusión de que esas máquinas constiyen la biosfera de Titán. La especie dominante recibe el nombre de taloides, por Talos, el hombre de bronce de la mitología griega, creado por Hefestos y guardián de Creta.

Paralelamente a lo anterior, los acontecimientos se desarrollan en la superficie de Titán, cuyos habitantes se encuentran en un régimen feudal similar al de la Edad Media. El protagonista principal es Thirg, un filósofo que tiene en la duda y en el anhelo de conocimiento su razón de ser. Esto le causa problemas con las estructuras de poder de Kroaxia, su nación, y fundamentalmente con los jerarcas religiosos. La creencia oficial es que el mundo es plano, y que detrás del manto de nubes que perennemente cubre a Titán no hay nada. Se venera asimismo al Creador de Vida, el ser que creó la primera máquina (y que por lo tanto no era una máquina, la única forma de vida conocida para los taloides). Esto no casa con el conocimiento que a través de los viajeros había adquirido Thirg y que le indica que el mundo es en realidad esférico, pues alguno de los viajeros que se aventuró mucho hacia al Este llegó a ciudades que se encontraban al Oeste. Este pensamiento le lleva a conjeturar que si no hay barreras físicas sobre la superficie tampoco puede que las haya en los cielos, y que detrás de las nubes haya otros mundos, quizá habitados también. Estas ideas le llevan al terreno de la herejía, por lo que debe huir de Kroaxia hasta Cartoghia, una pequeña nación cuyo rey ha instaurado una suerte de pensamiento libre, y en la que inventores y filósofos perseguidos en otras naciones buscan refugio.

Avisado por su hermano Groork de la inminencia de su arresto y ayudado por un pequeño grupo de soldados de Cartoghia, Thirg comienza su huida perseguido por un gran contingente de tropas de Kroaxia. El destino quiere que en una zona desértica fronteriza y cuando ya el encuentro con los perseguidores parecía inminente, un módulo de superficie terrestre haga acto de presencia para establecer el primer contacto. Para los taloides este módulo es una criatura viva y desconocida, un gigantesco dragón que baja de los cielos emitiendo una misteriosa luz violeta. El asombro aumenta cuando ven que junto al dragón están los que parecen ser sus sirvientes, unas extrañas criaturas con carcasa flexible en cuyo interior una masa de aspecto gelatinoso brilla con un intenso calor. Ajenos a este encuentro, el ejército de Kroaxia inicia el ataque sobre los fugitivos, lo que provoca la respuesta armada terrestre y la inmediata e irremisible destrucción del contingente kroaxiano. El asombro de los absortos taloides no cesa cuando finalmente comprenden que los que creían sirvientes del dragón son en realidad los visitantes, y que de hecho el dragón no es más que la obra de éstos, seres vivos que no son máquinas, y que son capaces de crear máquinas. ¿Serán los Creadores de Vida?

Tras el contacto inicial, y una vez que se desarrolla un sistema de traducción (los robots se comunican entre sí mediante ultrasonidos), se concierta una reunión con Kleippur, rey de Cartoghia, para transmitirle los deseos de los terrícolas (“lumianos” para los taloides, debido a su intenso brillo infrarrojo): colaboración para explotar las factorías alienígenas, a cambio de tecnología terrestre (por ejemplo, armamento). Kleippur rechaza sin embargo este trato: el desea que los terrestres les proporcionen conocimiento de sus artes de fabricar vida (es decir, que les enseñen a desarrollar tecnología). Un acuerdo de estas características está fuera de lugar tanto para los dirigentes políticos de la Tierra como para GSEC, que espera obtener billones de la explotación de Titán, por lo que la dirección de la misión decide comenzar una aproximación en los mismos términos con Eskenderom, rey de Kroaxia, mucho más receptivo a la idea puesto que ambiciona conquistar toda Robia (nombre que los taloides le dan a Titán). Sin embargo, la jerarquía religiosa es un contrapoder importante que puede comprometer la realización del plan, por lo que se decide neutralizarla buscando un sumo sacerdote más maleable, al que se aupará gracias a los “milagros” de la tecnología terrestre. Ante la perspectiva que se cierne sobre los taloides, Massey y Zambendorf unirán esfuerzos para conseguir que no acaben como meros esclavos de la Tierra.

Tal como comentaba al comienzo, el desarrollo argumental de la novela incide en la relevancia del individuo frente a la masa, y en la importancia del pensamiento crítico y la ciencia frente a la superstición. No es por ello sorprendente que el telón de fondo guarde bastantes similitudes con la Edad Media. A pesar de que esto supone una visión un tanto antropocéntrica de una civilización alienígena, cabe destacar que tanto el escenario físico (Titán) como la naturaleza de los taloides proporcionan constantemente la oportunidad de hacer volar la imaginación. Máxime cuando gran parte de la acción se nos muestra desde el punto de vista de los taloides, para quienes los humanos son extrañas criaturas que necesitan estar permanentemente bañadas en gases corrosivos a alta temperatura, y cuyo mundo es tan caliente que hay océanos de hielo fundido y el metano sólo existe como gas. Para los taloides las máquinas están vivas, los dispositivos electrónicos de los humanos son “vegetales”, y perciben que el anhelo de los humanos es “domesticar” los bosques salvajes.

La ambientación está muy bien conseguida (destaca el habla medievalizada de los personajes), hay intrigas tanto entre los humanos como entre los taloides, y un amplio abanico de personajes que tienen un papel importante en la trama. A pesar de haber sido publicada originalmente en 1983, y obviando un par de anacronismos sin importancia (e.g., todavía existe la Unión Soviética) la novela aguanta impertérrita el paso del tiempo sin perder frescura. En resumen, una muy recomendable novela para todos los amantes de la ciencia-ficción.

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Robots flexibles y manipuladores biomiméticos

Posted by Carlos en marzo 28, 2009

Uno de los clichés de la ciencia-ficción es la del robot metálico. La literatura y el cine nos han dejado la imagen de robots de inimaginables formas (androides, insectoides, cefalopoides, …) pero que en fondo son simplemente mecanos articulados más o menos complejos. Por supuesto, los cyborgs y otros híbridos biomecánicos también han sido considerados, pero en muchas ocasiones vienen a caer en el mismo saco que los anteriores (véase por ejemplo Terminator). Típicamente estos robots tienen por un lado la ventaja en durabilidad y fuerza que su solidez estructura les proporciona, pero por otro lado la desventaja que su tamaño o rigidez les causa. Una excepción interesante podría ser el T-1000, con su estructura de “polialeación mimética”, pero éste es un caso un tanto extremo. La cuestión básica, centrándonos ya en el mundo real y en las posibles aplicaciones a las que un robot podría dedicarse, es que es concebible que en ciertas circunstancias sea preferible la flexibilidad aun a costa de perder tenacidad.

sentinel

En general un robot sin estructura rígida sería deseable en escenarios en los que haya que manejarse en un entorno muy reducido o irregular, y en los que la destreza en manipular objetos del entorno sea básica. Por ejemplo, en la exploración del fondo marino. Un robot de estas características es indudablemente un desafío ingenieril en el que como en muchas otras ocasiones puede buscarse la ayuda de la Madre Naturaleza, aunque sólo sea como fuente de inspiración. En este caso, un muy buen ejemplo lo constituyen los pulpos y su fenomenal anatomía. Todo el que en alguna ocasión los haya degustado (y más aún si además los ha cocinado) habrá apreciado la consistencia de sus extremidades, sin esqueleto interno pero dotadas de cuatro músculos longitudinales que recorren el tentáculo de extremo a extremo, así como de músculos transversales que rodean a un nervio central. Puede verse un análisis de esta estructura y de su respuesta neurofisiológica en un trabajo titulado

realizado por Henry Matzner et al. y publicado en el Journal of Neurophysiology. Una de las características más destacadas de esta estructura anatómica es su respuesta biomecánica, que guarda cierta similaridad con la de otros hidrostatos musculares como puede ser la lengua de los mamíferos. Básicamente mantienen en todo momento su volumen constante, lo que además de la intuitiva relación de contracción/extensión en músculos antagonistas de la extremidad quiere decir que cuando se produce una elongación de la misma se reduce su grosor, y viceversa, al realizar una contracción longitudinal aumenta la sección transversal, lo que permite una amplificación de la fuerza muscular. Puede verse un análisis detallado de esta dinámica en un trabajo titulado

realizado por William Kier y Kathleen Smith, y publicado en el Zoological Journal of the Linnean Society. Además de fuerza y destreza, esta anatomía dota a los pulpos de gran flexibilidad y maniobrabilidad, como puede verse en el vídeo inferior.

No es de extrañar que la comunidad científica haya puesto sus ojos en este modelo con vistas a su implementación en robots flexibles. Esto es precisamente lo que un grupo de científicos italianos está intentando abordar en los últimos tiempos. Hace un par de años publicaron en la 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, un trabajo titulado

en el que intentaban proporcionar una caracterización biomecánica de la citada estructura muscular. Este análisis se ha sustanciado este año en otro trabajo en el que ya proponen un posible diseño robótico para el mismo. Dicho diseño se basa en el empleo de cilindros de goma de silicona para los músculos longitudinales, intercalados con otros de un polímero electroactivo (concretamente un elastómero dieléctrico) que reacciona a las corrientes eléctricas contrayéndose. De esta forma se pueden conseguir los movimientos de torsión en la extremidad. La figura inferior muestra un diagrama explicativo.

Italian Institute of Technology

Credit: Italian Institute of Technology

El artículo en el que han descrito este diseño se titula

y ha sido publicado en Bioinspiration and Biomimetics. Habrá que esperar a la primera implementación del diseño para ver si de veras puede dar de sí lo que promete.

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Happy Birthday, Mr. Darwin!

Posted by Carlos en febrero 12, 2009

Como hablábamos hace algunos días, este año 2009 es el “Año de Darwin”, y precisamente hoy es el día del 200º aniversario del nacimiento de Charles Darwin. En un gran ejemplo de sincronía cósmica, desde ayer día 11 hasta mañana día 13 se está desarrollando en Málaga el congreso español de metaheurísticas, algoritmos evolutivos y bioinspirados. No podíamos dejar de aprovechar esta coincidencia para celebrar el acontecimiento, como se aprecia en el vídeo inferior (con JJ de cameraman):

Las celebraciones de esta efemérides han sido múltiples, y sin ir más lejos, Google se ha vestido hoy de Darwin (de los pinzones de las Galápagos concretamente).

google darwin

Por cierto, y hablando de Darwin en particular y de libros en general, recomiendo una visita por La Biblioteca de Alejandría, blog de mi compañero Paco Fernández, que en su último apunte nos habla de “los autobuses de Darwin“.

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Jugando con Darwin a la Evolución – ¿Quién quiere vivir un millón de años?

Posted by Carlos en enero 13, 2009

En este año 2009 se cumple el segundo centenario del nacimiento de Charles Darwin, y el 150º aniversario de la publicación de su obra “El Origen de las Especies“. Con motivo de esta efemérides, la Unión Internacional de Historia y Filosofía de la Ciencia ha declarado este año el “Año Mundial de la Biología”, y la Unión Internacional de Ciencias Biológicas lo ha declarado el “Año de Darwin”. Hay varias webs en las que se recopila información sobre (aquí, aquí y aquí, por ejemplo). 

Glosar la contribución de Darwin a la biología en particular y a la ciencia en general es a estas alturas innecesario, a pesar de que por motivos ideológicos haya aún quién intenta negar lo evidente. En cualquier caso, no está de más resaltar una vez más la belleza y elegancia del proceso evolutivo, ya tenga lugar a nivel biológico, cultural, o computacional. Precisamente en relación a esto último, puede ser divertido dedicar un rato a jugar con una pequeña aplicación flash que con motivo de la celebración del Año de Darwin ha publicado en su web Science Channel (¡gracias Pablo por el aviso!)

Darwin's Evolution Game (click para jugar)

Se trata de un juego a caballo entre los algoritmos genéticos y la vida artificial, en la línea (simplificada) de aquel famoso SimLife. El objetivo es contribuir a que un pequeño grupo de animales similares a aves perdure durante un millón de años, adaptándose a los cambios ambientales que se suceden. En la misma aplicación se puede acceder a información biográfica de Darwin, y a un juego tipo test sobre Darwin y la evolución. Que se diviertan Vds.

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