Las patas de las moscas no son solo para andar: así procesan la información

Las patas de los insectos no están hechas solo para moverse: son también sensores en miniatura, cables vivos conectados a una red que detecta tensiones mecánicas con precisión. En algunos casos, esos sensores apenas se deforman cuando el animal camina hacia delante. Y, sin embargo, sin ellos, ese paso no podría ni empezar.

El cuerpo de una mosca, por ejemplo, contiene estructuras capaces de registrar fuerzas internas diminutas que ni siquiera se activan con el impacto del suelo. Un sistema que ha llamado la atención de biólogos, ingenieros y neurocientíficos. Y que ha llevado a un grupo de investigación en Bonn a construir una mosca digital desde las patas hacia arriba.

Los sensores se activan por dentro y no por el suelo

El modelo informático desarrollado por el equipo del Instituto de Biología Organísmica de Bonn reproduce el funcionamiento de los órganos sensoriales de Drosophila, conocidos como sensilas campaniformes, que se sitúan cerca de las articulaciones de las patas. Estas pequeñas estructuras detectan deformaciones mecánicas en la cutícula, es decir, cambios físicos que pueden producirse por movimiento muscular o por interacción con el entorno.

Para entender cómo reaccionan ante diferentes tipos de presión, los investigadores integraron datos recogidos mediante tres técnicas distintas: grabaciones en tres dimensiones, cálculos de fuerza a partir del movimiento y reconstrucciones microscópicas a escala de milésimas de milímetro.

A partir de esa información, construyeron una simulación capaz de mostrar cómo se comportan estos sensores cuando la mosca camina. Según explican los autores del estudio, publicado en el Journal of the Royal Society Interface, los niveles de estrés que se producen durante la marcha hacia delante no alcanzan el umbral necesario para activar los sensores por contacto con el suelo. Por tanto, los científicos señalan que su activación debe producirse por mecanismos internos, como las fuerzas generadas por los propios músculos.

Por otra parte, los sensores mecánicos de los insectos no están limitados a un tipo de respuesta ni a una única función. Tal como indican los investigadores, algunos sensores pueden mantenerse inactivos durante ciertas acciones para activarse solo en contextos concretos, como al caminar por superficies inclinadas o al moverse en posiciones poco comunes, como boca abajo en un techo.

Las moscas inspiran nuevas ideas para robots y sensores inteligentes

El diseño del modelo se basó en una colaboración con equipos de Estados Unidos, encargados de aplicar métodos conocidos como cinemática inversa y dinámica inversa, capaces de traducir el movimiento de las patas en estimaciones precisas de las fuerzas que se generan en cada fase del paso. Esto permitió comprobar si la deformación registrada en los sensores simulados correspondía con los niveles conocidos por la literatura científica como suficientes para activar células sensoriales mediante flujo de iones.

Los resultados permitieron establecer que, al menos durante el movimiento de marcha hacia delante, estas estructuras sensoriales no se activan por la presión del terreno. Según explican los autores del estudio, esta conclusión abre nuevas vías para estudiar cómo se coordinan los movimientos de los insectos y cómo se reparte la información mecánica en su cuerpo, teniendo en cuenta que cuentan con un sistema nervioso relativamente simple pero con un alto grado de especialización.

Para la comunidad científica, esto convierte a Drosophila en un modelo útil tanto en neurobiología como en robótica. En ese sentido, el modelo informático se ha publicado como código abierto, lo que permite su uso en otros estudios y aplicaciones, incluidas las relacionadas con el diseño de dispositivos inspirados en estructuras biológicas.

En vista de estos hallazgos, el equipo de Bonn ya tiene previsto analizar otros comportamientos y situaciones en las que sí podrían activarse estos sensores. También quieren estudiar otros puntos del cuerpo, porque estructuras similares están distribuidas por toda la anatomía del insecto. A pesar de su reducido tamaño, las moscas poseen una arquitectura sensorial compleja que les permite procesar múltiples estímulos con una eficacia sorprendente.