Revelan los secretos de la visión de la mosca para el control rápido del vuelo


Al examinar cómo las moscas de la fruta utilizan los movimientos de sus ojos para mejorar el control del vuelo con una velocidad de reacción asombrosamente rápida - unas 30 veces más rápida que el parpadeo de un ojo - unos investigadores de la universidad Penn State han hallado un marco mediante el que aplicar esta capacidad a la robótica.



Los investigadores describieron los movimientos de moscas de la fruta atadas en un simulador de vuelo de realidad virtual construido con luces LED y registrado con cámaras de alta velocidad, en un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.



"Si eres capaz de estudiar las moscas haciendo lo que mejor saben hacer - volar - podrás encontrar algunas increíbles soluciones de ingeniería que ya existen en la biología", dijo Benjamin Cellini, estudiante de doctorado que estudia ingeniería mecánica y primer autor del artículo.



Cellini y su asesor, Jean-Michel Mongeau, profesor adjunto de ingeniería mecánica y director del Laboratorio de Sistemas de Bio-Movimiento, pudieron determinar cómo las moscas de la fruta utilizan los movimientos de sus ojos para coordinar rápidamente sus alas en respuesta a lo que estaban viendo. Como los ojos de las moscas están fijos en la cabeza, los investigadores rastrearon los movimientos de esta para inferir hacia dónde miraban las moscas.



La estabilización de la mirada es un fenómeno ordinario que la mayoría de los seres vivos pueden hacer. Por ejemplo, movemos sin problemas nuestros ojos, cabeza y/o cuerpo para escanear una habitación.



"Pero estamos ante un problema desafiante y complejo de entender, ¿cómo es que nosotros y otros animales somos capaces de hacerlo tan bien?", se preguntó Mongeau. "Mi laboratorio está interesado en la detección activa, que es una rama de la ingeniería y la biología que estudia cómo el movimiento de los sensores, como los ojos que escanean una habitación, puede mejorar la detección en sí misma".


Una mosca de la fruta atada a un palo. (Foto: Mark Frye)



Si bien gran parte de la investigación previa en esta área se ha centrado en los movimientos de las alas, entender cómo los animales como las moscas usan movimientos oculares activos para controlar el vuelo podría mejorar mucho la robótica. Actualmente, la mayoría de los robots tienen sensores estacionarios, manteniéndose la detección y el movimiento desacoplados. Sin embargo, al emular mejor los ojos y el cerebro a través de la coordinación de los sensores visuales capaces de moverse sobre el cuerpo, el control del vuelo de los robots podría mejorar enormemente.



Para apoyar esta teoría, los investigadores determinaron que los ojos de la mosca de la fruta eran capaces de reaccionar cuatro veces más rápido que el cuerpo o las alas del animal. Estas reacciones también estaban estrechamente acopladas, demostrando que las moscas dependen en gran medida de los movimientos de los ojos para coordinar los movimientos de sus alas.



"Hemos demostrado que sus ojos pueden controlar y estabilizar su visión mejor de lo que pensábamos originalmente, reduciendo las posibilidades de que el movimiento se vea borroso", dijo Cellini.



Además, descubrieron que cuando las moscas tenían pegamento cuidadosamente aplicado a sus cabezas y luego se las registraba en el simulador de vuelo de realidad virtual, la restricción de sus movimientos de cabeza tenía un impacto dramático en el rendimiento del vuelo.



"Un principio importante que descubrimos aquí fue que los ojos de las moscas ralentizan el movimiento visual que va al cerebro y este proceso mejora su comportamiento de vuelo", dijo Mongeau.



Demostrado en este trabajo, los investigadores creen que desvelar los secretos del mundo biológico podría tener amplias implicaciones para la tecnología.



"En ingeniería, se enseña a aplicar principios de matemáticas y física para resolver problemas", dijo Cellini. "Si quieres construir un robot para volar en Marte, puedes usar conceptos de ingeniería para proporcionar soluciones potenciales. Pero no siempre tenemos que desarrollar ideas desde cero; también podemos buscar inspiración en la naturaleza". (Fuente: NCYT Amazings)




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Creado por David E. Cepeda @DavidECepeda