Diseño robótico inspirado en la naturaleza: Lecciones de la locomoción de las estrellas de mar

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El movimiento de las estrellas de mar implica el movimiento de cientos de pequeños pies tubulares. (Imagen: Gerald Corsi/iStock)

Las estrellas de mar son criaturas cuyos movimientos implican la coordinación de cientos de pequeños pies tubulares para navegar entornos complejos — a pesar de la falta de un cerebro central. En otras palabras, es como si cada pie tuviera su propia mente.

Para el Laboratorio de Movimiento Bioinspirado Kanso, basado en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de USC Viterbi, las estrellas de mar plantean un fenómeno intrigante. El Laboratorio Kanso se especializa en descifrar la física del flujo de sistemas vivos, a menudo aplicando esos conocimientos para informar desarrollos en robótica.

El artículo reciente del laboratorio en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), "La dinámica de los pies tubulares impulsa la adaptación en la locomoción de las estrellas de mar" (13 de enero de 2026), revela que el movimiento de las estrellas de mar es dirigido por retroalimentación local de pies tubulares individuales, cada uno ajustando dinámicamente su adhesión a la superficie en respuesta a diversos grados de tensión mecánica.

"Comenzamos a trabajar en estrellas de mar con el Laboratorio McHenry en UC Irvine y luego nos asociamos con biólogos de la Universidad de Mons en Bélgica", dijo Eva Kanso, directora del Laboratorio Kanso y Profesora de ingeniería aeroespacial y mecánica, física y astronomía. "Junto con el Profesor Asociado Sylvain Gabriele y la estudiante de posgrado Amandine Deridoux en el Laboratorio SYMBIOSE, diseñamos una 'mochila' especial impresa en 3D para la estrella de mar. Al cargar y descargar la mochila, pudimos observar y medir cómo respondía cada pie tubular al peso añadido."

Los investigadores descubrieron que cada pie respondía independientemente a las cargas cambiantes. "Desde el principio, hipotetizamos que las estrellas de mar dependen de una estrategia de control jerárquica y distribuida, en la que cada pie tubular toma decisiones locales sobre cuándo adherirse y desprenderse de la superficie basándose en señales mecánicas locales, en lugar de ser dirigido por un controlador central", dijo Kanso.

Los experimentos permitieron al equipo probar y cuantificar estas respuestas locales. "Desarrollamos un modelo matemático que muestra cómo reglas de control locales simples, acopladas a través de la mecánica del cuerpo, pueden dar lugar a una locomoción coordinada de todo el animal."

Este modelo para movimiento adaptativo basado en retroalimentación local es altamente relevante para el diseño de robótica blanda y de multi-contacto. Aplicaciones potenciales en tierra, bajo agua e incluso en otros planetas, incluyen sistemas de locomoción descentralizados para robots que navegan terrenos irregulares, verticales y boca abajo — entornos que impiden una comunicación consistente desde un "control de misión" central o un tomador de decisiones humano.

"También realizamos experimentos en los que volvimos la estrella de mar boca abajo — la morfología de los pies tubulares permite que la estrella de mar continúe moviéndose", dijo Kanso. "Solo imagina si estuvieras haciendo una parada de manos. Tu sistema nervioso te avisaría inmediatamente de que estás en una posición opuesta a la gravedad. Pero una estrella de mar no tiene tal reconocimiento colectivo."

En su lugar, la estrella de mar está equipada con el conocimiento local de cada pie tubular experimentando la fuerza de gravedad de manera diferente. El movimiento coordinado se debe a que los pies están mecánicamente vinculados al cuerpo; cuando un pie empuja, el movimiento afecta a otros pies. Como resultado, los fallos locales no necesariamente detienen todo el sistema — permitiendo una robustez y resiliencia avanzadas.

Esa es una ventaja significativa para robots autónomos que navegan entornos extremos, propensos a volcar, perder o ganar carga, o desconectarse de una fuente de comunicación central. Mientras que los animales de movimiento rápido (desde insectos hasta gimnastas) dependen de "generadores de patrones centrales" — circuitos neurales especializados ubicados en el tronco cerebral que producen patrones motores rítmicos — las estrellas de mar de movimiento lento están preparadas para adaptarse dinámicamente a cambios ambientales.

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