Overblog
Seguir este blog
Edit post Administration Create my blog
2 julio 2015 4 02 /07 /julio /2015 20:52

Michael M. Porter et al. “Why the seahorse tail is square”. Science. Doi: 10.1126/science.aaa6683. 2 de julio de 2015.

 

..............

 

 

La cola cuadrada de los caballitos de mar inspira aplicaciones robóticas

 



La cola cuadrada de los caballitos de mar inspira aplicaciones robóticas



Uno de los animales más extraños y antiguos que habita los mares, el caballito de mar, está inspirando algunas de las más novedosas aplicaciones robóticas.


Un equipo internacional de investigadores ha creado dos modelos de colas con tecnología 3D, una cilíndrica y otra cuadrada como la de los hipocampos. Al compararlas, los científicos demuestran que, al ser la estructura cuadrada más flexible y resistente, su mecanismo podría aplicarse a diversos usos en la medicina y la industria.


Los caballitos de mar utilizan su cola para pasar inadvertidos para sus depredadores, capturar a sus presas o aferrarse a objetos en los suelos marinos. A pesar de poseer una estructura ósea que rodea todo su cuerpo, la cola del hipocampo es flexible.


En un estudio, publicado en la revista Science, un equipo formado por científicos de diferentes instituciones busca aplicar en diversos campos la estructura de la cola de estos animales marinos.


“Un brazo robótico con características similares a la cola de esta especie se podría utilizar en la industria, en la medicina o incluso para fines militares”, indica a Sinc Michael M. Porter, investigador de la Universidad de Clemson en Carolina del Sur (EE UU) y líder del estudio.


A pesar de que, como armadura, esta aplicación ya se usa en robots, el diseño inspirado en la cola de los caballitos de mar puede ser más ligero y flexible que la de los robots tradicionales y, a su vez, "más robusta y resistente", apuntan los autores.


“Esta estructura cuadrada podría recubrir las vainas de perforación para la exploración de gas y petróleo, y formar exoesqueletos humanos con fines militares o para personas con alguna discapacidad”, explica el autor principal.

 

La cola cuadrada frente a la cilíndrica

Los científicos han explorado la mecánica y resistencia de dos modelos tridimensionales. Uno que imita la estructura natural (de prismas cuadrados) y otro hipotético (cilíndrico) de la cola de los caballitos de mar.

“La estructura cuadrada es tres veces más rígida, cuatro veces más fuerte y 1,5 veces más elástica que la circular cuando se someten a un aplastamiento”, subraya Porter.

“La estructura cuadrada es tres veces más rígida, cuatro veces más fuerte y 1,5 veces más elástica que la circular", dice Porter

Para llegar a estas conclusiones, los autores retorcieron y doblaron ambos modelos e incluso los golpearon con un mazo, y descubrieron que la versión cuadrada era más resistente a la torsión y volvía de forma más eficaz a su forma natural.

Según el estudio, la cola de los caballitos de mar, dispuesta en varios segmentos de anillos compuestos por cuatro placas en forma de 'L', rodean la vértebra central y protegen la espina dorsal de este animal frente a los ataques de depredadores.

“Este diseño cuadrado es más efectivo como armadura y para sus funciones prensiles”, apunta Porter, quien añade que esta estructura proporciona una mayor superficie para agarrar objetos. “Esto ayudaría a los caballitos de mar a gastar menos energía al mover la cola”, indica el experto.

La naturaleza como fuente de inspiración

Aunque la naturaleza proporciona a los investigadores innumerables ejemplos para encontrar soluciones a los desafíos modernos en cuanto al diseño, “la solución natural no siempre es la mejor", advierte Porter.

Por ello, compatibilizar las formas naturales con las tecnologías, con la impresión 3D en este caso, permite realizar "hipotéticos diseños que superan a la propia naturaleza”, apunta el autor.

Además, esta combinación retroalimenta continuamente los dos campos. “Mi grupo de investigación utiliza la biología como fuente de inspiración para la ingeniería, y a la ingeniería como una herramienta para explorar la biología”, concluye el científico.

Referencia bibliográfica:

Michael M. Porter et al. “Why the seahorse tail is square”. Science. Doi: 10.1126/science.aaa6683. 2 de julio de 2015.

http://www.biommeda.ugent.be/research/skeletal-biomechanics/study-seahorse-skeleton-and-its-possible-applications-industrial

 

 

Why the seahorse tail is square


Michael M. Porter, Dominique Adriaens, Ross L. Hatton, Marc A. Meyers, Joanna McKittrick

Although the predominant shapes of most animal tails are cylindrical, seahorse tails are square prisms. The skeleton of their tails consists of a bony armor arranged into several ringlike segments composed of four L-shaped plates that surround a central vertebra. These plates articulate with specialized joints that facilitate bending and twisting, as well as resist vertebral fracture from crushing. Muscles attached to the vertebral column transmit forces to the bony plates to provide motion for grasping and holding on to objects such as sea grasses, mangrove roots, and coral reefs, which allows them to hide and rely on camouflage when evading predators and capturing prey.

.

RATIONALE

We hypothesize that the square cross-sectional architecture of a seahorse tail improves mechanical performance in prehension (grasping ability) and armored functions (crushing resistance), relative to a cylindrical one. To test this hypothesis, we evaluated the mechanics of two three-dimensional (3D)–printed prototypes composed of articulating plates and vertebrae that mimic the natural (square prism) and a hypothetical (cylindrical) tail structure. We compared the bending, twisting, and compressive behavior of the biomimetic prototypes to show that the square profile is better than the circular one for two integrated functions: grasping ability and crushing resistance.

.

RESULTS

Seahorse tails (and the prototypes) have three primary joints that enable motion: ball-and-socket, peg-and-socket, and gliding. The ball-and-socket joints connect adjacent vertebrae and constrain bending in both the square and cylindrical prototypes to the same degree, exhibiting a behavior similar to that of a natural seahorse tail. The peg-and-socket joints connect the plates of adjacent segments and substantially restrict twisting in the prototype with a square profile, as compared with the circular one. The square geometry limits excessive torsion and preserves articulatory organization, which could provide seahorses a natural safety factor against torsion-induced damage and assist in tail relaxation. Further, the square architecture is flat (increasing surface contact) and undergoes an exterior shape change when twisted, which could allow seahorses to grasp objects with more control. Gliding joints are present at the plate overlaps along all four sides of both prototypes. Under transverse compression and impact (with a rubber mallet), the plates of the square prototype slide past one another with one degree of translation freedom (analogous to the crushing behavior of a natural seahorse tail), exhibiting a response that is stiffer, stronger, and more resilient than its cylindrical counterpart, whose plates translate and rotate on impact.

.

CONCLUSION

Exploration of these biologically inspired designs provides insight into the mechanical benefits for seahorses to have evolved prehensile tails composed of armored plates organized into square prisms. Beyond their intended practical applications, engineering designs are convenient means to answer elusive biological questions when live animal data are unavailable (for example, seahorses do not have cylindrical tails). Understanding the role of mechanics in these prototypes may help engineers to develop future seahorse-inspired technologies that mimic the prehensile and armored functions of the natural appendage for a variety of applications in robotics, defense systems, or biomedicine.

Compartir este post

Published by Malcolm Allison H malcolm.mallison@gmail.com - en Ciencias Innovación Tecnología
Comenta este artículo

Comentarios

Présenta

  • : cinabrio blog
  • cinabrio blog
  • : Ecología y sostenibilidad socioambiental, énfasis en conservación de ríos y ecosistemas, denuncia de impacto de megaproyectos. Todo esto es indesligable de la política y por ello esta también se observa. Ecology, social and environmental sustainability, emphasis on conservation of rivers and ecosystems, denounces impact of megaprojects. All this is inseparable from politics, for it, the politics is also evaluated.
  • Contacto

Perfil

  • Malcolm Allison H malcolm.mallison@gmail.com
  • Biólogo desde hace más de treinta años, desde la época en que aún los biólogos no eran empleados de los abogados ambientalistas. Actualmente preocupado …alarmado en realidad, por el LESIVO TRATADO DE(DES)INTEGRACIÓN ENERGÉTICA CON BRASIL
  • Biólogo desde hace más de treinta años, desde la época en que aún los biólogos no eran empleados de los abogados ambientalistas. Actualmente preocupado …alarmado en realidad, por el LESIVO TRATADO DE(DES)INTEGRACIÓN ENERGÉTICA CON BRASIL

Recherche

Liens