El comportamiento de ciertos materiales biológicos permite percibir el entorno sin depender de cálculos complejos. Bajo esa idea aparece la noción de inteligencia material de la naturaleza, una propiedad que fascina a quienes diseñan robots del futuro porque el propio objeto físico realiza parte del trabajo sensorial. En lugar de enviar toda la información a un sistema digital, la forma y la rigidez del material ya codifican parte de lo que ocurre cuando toca otro objeto.
Ese enfoque busca que la estructura del sensor responda por sí misma a las fuerzas del entorno. Ingenieros y biólogos estudian muchos organismos para entender cómo ocurre ese fenómeno en tejidos vivos y trasladarlo después a dispositivos artificiales.
Un grupo del Max Planck revela que finos filamentos de la nariz del elefante señalan el sitio del roce
Un estudio dirigido por investigadores del Max Planck Institute for Intelligent Systems y publicado en la revista Science identificó que los pelos sensoriales de la trompa del elefante poseen un gradiente de rigidez que permite saber con precisión dónde se produce un contacto. Ese trabajo analizó la estructura de estos pelos táctiles con herramientas de microscopia, análisis mecánico y modelización informática.
El resultado mostró que cada uno funciona como un sensor natural que transmite información sobre el punto exacto de contacto a lo largo de su longitud. La investigación propone que ese comportamiento físico explica la capacidad del animal para manipular objetos delicados sin romperlos.
El equipo examinó estos pelos con métodos de caracterización a escala nanométrica para entender su forma y su comportamiento mecánico. El análisis midió la geometría, la porosidad interna y la rigidez del material con una resolución cercana a una milmillonésima de metro. Las pruebas indicaron que la base del pelo es rígida, con una dureza comparable a ciertos plásticos. En cambio la punta resulta flexible y responde como una goma. Esa transición de rigidez a lo largo del pelo crea un gradiente que facilita detectar el lugar exacto donde aparece el contacto.
Las puntas blandas y las bases duras cuentan dónde se produce el roce
Para comprender cómo se percibe esa diferencia de rigidez, el investigador Andrew K. Schulz y su equipo construyeron un modelo físico ampliado inspirado en esos pelos sensoriales. El objeto reproducía una base dura y una punta flexible y se utilizó como herramienta experimental dentro del instituto.
La investigadora Katherine J. Kuchenbecker probó el dispositivo caminando por un pasillo mientras tocaba barandillas, paredes y columnas. Tras probarlo explicó que podía distinguir el punto de impacto sin mirar y dijo que “al golpear la barandilla con distintas partes de la varilla se sentían sensaciones distintas”. También añadió que “la punta se percibía suave mientras que la base transmitía un impacto más fuerte”.
El equipo utilizó además tomografía computarizada de alta resolución para estudiar la estructura interna de los pelos. Esa técnica reveló que poseen una base hueca y una sección transversal aplanada. En el interior aparecen varios canales largos que recuerdan a la estructura de los cuernos de oveja o de los cascos de caballo.
Esa arquitectura reduce la masa del pelo y ayuda a absorber energía cuando entra en contacto con superficies. Los investigadores comprobaron también que la forma ovalada y el estrechamiento progresivo influyen en la manera en que el pelo se dobla.
La trompa del elefante contiene alrededor de 1.000 de estos pelos táctiles distribuidos en diferentes zonas. Funcionan como pequeños sensores que permiten al animal explorar su entorno con precisión incluso con una piel muy gruesa y una visión limitada. Esa información táctil facilita tareas que requieren cuidado extremo. El animal puede agarrar objetos delicados como una tortilla sin romperla. También puede recoger alimentos pequeños con la misma estructura flexible.
Los laboratorios ven en este truco natural una pista para nuevas manos mecánicas
Schulz explicó que su llegada a Alemania unió campos distintos y afirmó que “llegué como experto en biomecánica del elefante y quería aprender sobre robótica y sensores”. Añadió que “mi mentora es experta en háptica y robótica táctil y trabajar con los bigotes del elefante fue una forma natural de unir ambas áreas”.
Las aplicaciones tecnológicas ya forman parte del objetivo del proyecto. El equipo quiere trasladar lo que han aprendido al diseño de sensores para máquinas que necesitan percibir contacto con suavidad al manipular objetos. Schulz explicó cómo podría aplicarse esta idea y afirmó que “los sensores inspirados en la biología con un gradiente de rigidez similar podrían ofrecer información precisa con muy poco coste computacional”.
El neurocientífico Michael Brecht del zoológico de Berlín valoró el hallazgo en declaraciones a SBS Australia y dijo que “es realmente una de las mejores soluciones que ha desarrollado la naturaleza”.
Ese conocimiento permite imaginar sensores robóticos donde la forma del material detecta contacto antes de que intervenga un procesador, una idea que varios laboratorios exploran ya al diseñar sistemas táctiles para máquinas.
