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Robótica

La cucaracha que se convirtió en imán para crear mejores sensores

Los insectos se imantan en presencia de un campo magnético, pero no es esto lo que les ayuda a orientarse, según una nueva investigación que profundiza en la detección biológica del magnetismo

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Teresa Woods
  • 15 Febrero, 2017

Los pájaros son el ejemplo más famoso de criaturas capaces de percibir campos magnéticos y aprovecharlos para orientarse y navegar. Menos conocida es la capacidad de las cucarachas americanas (Periplaneta americana), que se magnetizan rápidamente cuando se sitúan en un campo magnético.

El uso que estos insectos dan a su potencial magnético es un tema que suscita muchas especulaciones. Sobre lo que sí hay consenso es sobre el hecho de que saber más sobre la percepción biomagnética podría ayudar a los ingenieros a diseñar mejores sensores para otras aplicaciones, como la navegación microrrobótica.

Pero antes de eso, los ingenieros necesitan comprender mucho más a fondo cómo las cucarachas detectan los campos magnéticos y cómo se magnetizan.

Aquí entra en escena el investigador de la Universidad Tecnológica Nanyang (Singapur) Ling-Jun Kong y varios compañeros, que han medido cómo se magnetizan las cucarachas americanas. De paso, han descubierto algo extraordinario: resulta que las propiedades magnéticas de las cucarachas vivas son marcadamente distintas a las de las muertas. Y creen saber por qué.

Los experimentos fueron sencillos. El equipo de Kong colocó una serie de cucarachas vivas y muertas en un campo magnético de 1,5 kilogauss (unas 100 veces más que la fuerza de un imán de nevera). El equipo dejó las criaturas dentro del campo durante 20 minutos y después midió la magnetización que habían adquirido y el tiempo que tardó en debilitarse.

Los resultados son interesantes. En cuanto salieron del campo magnético, el equipo pudo medir fácilmente el campo magnético asociado a los insectos, independientemente de si estaban vivas o muertas. Pero el de las criaturas vivas se debilitó en unos 50 minutos, mientras que el de las muertas tardó casi 50 horas en disiparse.

Eso plantea una pregunta obvia: ¿a qué se debe esta diferencia? El equipo de Kong ha generado un modelo matemático para dar con la respuesta. Los investigadores suponen que las partículas magnéticas internas del cuerpo de las cucarachas se alinean con las del campo magnético externo, y esto es lo que produce la magnetización del insecto en sí. Pero cuando la cucaracha abandona el campo, la magnetización se debilita porque el movimiento browniano las reconfigura de forma aleatoria.

El equipo también analizó la variación temporal de este fenómeno en función de la viscosidad del medio en el que están atrapadas estas partículas. Los resultados demuestran que el magnetismo de las cucarachas dura más a medida que aumenta la viscosidad del medio y se vuelve más vítreo.

Esto ofrece una respuesta al enigma. Las cucarachas se magnetizan porque contienen partículas magnéticas que se alinean con un campo magnético externo. Cuando las cucarachas están vivas, su medio interno es mocoso y poco viscoso. Pero en cuanto mueren, empieza a endurecer y su viscosidad aumenta. Eso es lo que hace que aumente el tiempo de debilitación.

Es un trabajo interesante que ayuda a contestar algunas preguntas importantes sobre cómo las cucarachas interactúan con campos magnéticos externos. Pero deja bastantes misterios sin resolver.

Primero está la cuestión de la naturaleza de las partículas magnéticas: ¿qué son? Los biólogos han encontrado diminutas partículas del mineral magnético greigita (un tipo de sulfuro de hierro) en hormigas, abejas y termitas.

Así que tal vez las cucarachas también las contengan. De hecho, los resultados del equipo de Kong son compatibles con la presencia de partículas de greigita en un radio de 50 nanómetros aproximadamente, pero rechazan la presencia de otros minerales magnéticos parecidos como la magnetita.

Otra pregunta es de dónde podrían venir tales partículas. ¿Son contaminantes que han adquirido del entorno o son  partículas biogénicas, formadas por un proceso biológico dentro de las propias cucarachas? El equipo de Kong no ha podido contestar esto.

Lo que el equipo sí pudo averiguar fue cómo usan las cucarachas su capacidad de magnetizarse. Y según afirman, el plazo de debilitación de 50 minutos es demasiado lento como para servir a ningún propósito biológico. La investigación detalla: "Nuestros datos y modelo demuestran que estas partículas magnéticas no pueden ser responsables de la detección magnética".

Entonces, si las cucarachas sí se aprovechan de la detección magnética, deben de hacer uso de algún otro tipo de mecanismo. El principal candidato es el del par radical, en el que un campo magnético influye el resultado de una reacción química.

Muchos biofísicos consideran que este es el único mecanismo capaz de influir de forma realista criaturas vivas en una escala de tiempo que pueda resultar biológicamente útil. Tal vez las cucarachas utilicen esto también. El equipo de Kong concluye: "Nuestro experimento apoya la existencia de otras formas de recepción magnética, como el mecanismo del par radical".

Es un trabajo interesante que servirá como trampolín para mejorar lo que sabemos sobre la biodetección de campos magnéticos y poder explotar esta capacidad en futuras generaciones de sensores.

Ref: arxiv.org/abs/1702.00538: In-Vivo Biomagnetic Characterisation of the American Cockroach

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