Investigadores estadounidenses del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y de la Universidad de Stanford, han desarrollado una pequeña prótesis que permite a las medusas nadar más rápido y más eficiente. El objetivo final, es que estas medusas biónicas exploren y registren información sobre los océanos de manera controlada y equipadas con sensores. La investigación, dirigida por John Dabiri profesor de aeronáutica e ingeniería mecánica en el Caltech y la estudiante graduada de Stanford, Nicole Xu, se publicó recientemente en la revista “Science Advances”, bajo el título “Low-power microelectronics embedded in live jellyfish enhance propulsion”.
La idea de estos investigadores, es convertir unos seres vivos que abunden en los océanos, como lo son las medusas lunares, en “cyborgs” controlables para llevar a cabo estudios científicos. Para ello, el primer paso, ha sido el de la implantación de una prótesis que hace uso de impulsos eléctricos para regular y acelerar el movimiento de las medusas biónicas.
Las medusas realizan un movimiento pulsante para nadar hacia adelante, agitando sus tentáculos mientras se mueven para capturar a sus presas. La nueva prótesis, con los impulsos eléctricos, regula y acelera esa pulsación, de manera similar a la forma en que un marcapasos cardíaco regula la frecuencia cardíaca. Asimismo, las medusas suelen nadar a una velocidad de 2 centímetros por segundo, y, aunque pueden ser capaces de ir más rápido, no lo hacen para poder atrapar a sus presas. Con dicha prótesis, los investigadores lograron acelerar tres veces el pulso de los animales, consiguiendo que su velocidad de natación llegase a los 4-6cm por segundo.
La prótesis de las medusas biónicas, consiste en un microcontrolador electrónico de 2cm de diámetro, que está unido al cuerpo del animal mediante un pequeño alfiler de madera y conectado a un par de electrodos, los cuales se encuentran, a su vez, conectados a la capa de músculo de la campana de la medusa. Los electrodos, son análogos a las neuronas que la medusa tiene situadas alrededor de la campana para coordinar sus movimientos, por lo que se obtiene control directo sobre el movimiento de la misma. Para minimizar el impacto en el animal, los investigadores añadieron al dispositivo, flotadores de corcho y pesos de acero inoxidable para mantener el sistema neutralmente boyante.
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A partir de ahí, el microchip simplemente tiene que enviar impulsos de energía coordinados. Cuando está activa, la prótesis estimula los músculos de las medusas con un pulso electrónico regular y consigue hacer nadar a las medusas biónicas casi tres veces más rápido que de forma natural. Mientras que con el dispositivo apagado, mantuvieron su velocidad típica.
Y además de hacer que las medusas sean más rápidas, las sacudidas eléctricas de la prótesis, también las hicieron nadar de manera más eficiente, ya que aunque las medusas nadaron tres veces más rápido de lo habitual, usaron solo el doble de energía para hacerlo, medida en base a la cantidad de oxígeno consumido. De hecho, estas medusas biónicas, fueron 1.000 veces más eficientes que los robots diseñados para nadar, explica Xu. “Hemos demostrado que son capaces de moverse mucho más rápido de lo normal, sin un costo excesivo en su metabolismo. Esto revela que las medusas poseen una capacidad sin explotar para nadar de manera más rápida y más eficiente. Simplemente no tienen una razón para hacerlo”.
Por otro lado, la idea de agregar controles mecánicos a las medusas, comenzó en 2013 en el Caltech, cuando Xu era estudiante universitario en el laboratorio de Dabiri. Éste último, estaba interesado en aprovechar las medusas para la exploración y detección de los océanos debido a su abundancia: se pueden encontrar en todos los océanos de la Tierra, a profundidades que van desde la superficie hasta el fondo de profundas fosas.
“Solo se ha explorado una pequeña fracción del océano, por lo que queremos aprovechar el hecho de que las medusas ya están en todas partes para dar un salto a partir de mediciones basadas en barcos, que son limitadas en número debido a su alto costo”, explica Dabiri.“Si podemos encontrar una manera de dirigir estas medusas y también equiparlas con sensores para registrar variantes como la temperatura del océano, la salinidad, los niveles de oxígeno, etc., podríamos crear una red oceánica verdaderamente global donde cada una de estas medusas cuesta unos pocos dólares”.
Actualmente, la prótesis puede dirigir a las medusas para comenzar a nadar y controlar el ritmo. El siguiente paso será desarrollar un sistema que guíe a las medusas en direcciones específicas y que les permita responder a las señales de los sensores a bordo, comenta Dabiri, quien espera desarrollar controles electrónicos aún más pequeños que podrían integrarse completamente en la medusa. «Con algunas modificaciones relativamente simples, creemos que es posible conseguir que el animal sea dirigido, así podríamos decirle a la medusa: ‘Gira a la izquierda aquí, haz un giro de 30 grados allí, da la vuelta en otro lugar'», señala.
No obstante, el hecho de convertir animales en sensores vivos, plantea dudas éticas, aunque Dabiri aclara que las medusas lunares no tienen cerebro ni un sistema nervioso central, así como tampoco cuentan con receptores del dolor que harían que, por ejemplo, un mamífero reaccionara a tener un alfiler de madera clavado en el cuerpo. Aun así, esta especie sí que produce moco cuando se estresa, pero los investigadores afirman que, tras una monitorizaron exhaustiva, no observaron esta respuesta. También afirman que las medusas sanaron en cuestión de días y volvieron a comportarse como de costumbre, después de que el experimento terminara y se quitara la prótesis.
Fuentes: National Geographic y El Confidencial
