Diseño de robots inspirador:lecciones de la locomoción de las estrellas de mar

Diseño de movimiento INSIDER

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

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

Para el Kanso Bioinspired Motion Lab, con sede en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Viterbi de la USC, las estrellas de mar representan un fenómeno intrigante. El Kanso Lab se especializa en decodificar la física del flujo de sistemas vivos y, a menudo, aplica esos conocimientos para informar los desarrollos en robótica.

Artículo reciente del laboratorio en Actas de la Academia Nacional de Ciencias (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 está dirigido por la retroalimentación local de los pies tubulares individuales, cada uno de los cuales ajusta dinámicamente su adhesión a la superficie en respuesta a diversos grados de tensión mecánica.

"Comenzamos a trabajar con estrellas de mar en el Laboratorio McHenry de 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 de tubo al peso añadido".

Los investigadores descubrieron que cada pie respondía de forma independiente a los cambios de carga. "Desde el principio, planteamos la hipótesis de que las estrellas de mar dependen de una estrategia de control jerárquica y distribuida, en la que cada pie de tubo toma decisiones locales sobre cuándo unirse y separarse 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 simples de control local, acopladas a través de la mecánica del cuerpo, pueden dar lugar a una locomoción coordinada de todo el animal".

Este modelo de movimiento adaptativo basado en retroalimentación local es muy relevante para el diseño de robótica suave y multicontacto. Las posibles aplicaciones en tierra, bajo el agua e incluso en otros planetas incluyen sistemas de locomoción descentralizados para robots que navegan por terrenos irregulares, verticales y al revés, entornos que impiden una comunicación consistente desde un “control de misión” central o un tomador de decisiones humano.

"También realizamos experimentos en los que volteamos la estrella de mar:la morfología de los pies tubulares permite que la estrella de mar continúe moviéndose", dijo Kanso. "Imagínate si estuvieras haciendo el pino. Tu sistema nervioso te haría saber inmediatamente que estás en una posición opuesta a la gravedad. Pero una estrella de mar no tiene ese reconocimiento colectivo".

En cambio, la estrella de mar está equipada con el conocimiento local de que cada pie tubular experimenta la fuerza de gravedad de manera diferente. El movimiento coordinado se debe a que los pies están vinculados mecánicamente al cuerpo; cuando un pie empuja, el movimiento afecta a los demás pies. Como resultado, las fallas locales no necesariamente detienen todo el sistema, lo que permite una solidez y resiliencia avanzadas.

Esta es una ventaja significativa para los robots autónomos que navegan en entornos extremos, susceptibles de volcarse, perder o ganar carga, o desconectarse de una fuente de comunicación central. Mientras que los animales que se mueven rápidamente (desde insectos hasta gimnastas) dependen de “generadores de patrones centrales” (circuitos neuronales especializados ubicados en el tronco del encéfalo que producen patrones motores rítmicos), las estrellas de mar que se mueven lentamente están preparadas para adaptarse dinámicamente a los cambios ambientales.

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