Investigadores en Corea del sur han deconstruido cuantitativamente lo que describen como las "ingeniosas estrategias de movilidad" de las semillas que se introducen por rotación en el suelo. Este es un ejemplo de las muchas maneras en que la naturaleza utiliza geometría biológica para plantas capacidades musculares.
Un ala de la semilla de Pelargonium carnosum se desenrolla en respuesta a los cambios de humedad, y la semilla cava en el suelo. Crédito: Jung et al.
El profesor Kim Ho-Young, de la Universidad Nacional de Seúl en Corea, reunió a sus compañeros para comenzar un proyecto de investigación basado en la inspiración que tomó de ver un documental de la planta. Las semillas maniobraron para cavar en el suelo con un apéndice en espiral, conocido como una arista, que responde a la humedad. El equipo investigó la excavación de este toldo y descubrió cómo los núbiles brotes parecen imitar un taladro para enterrarse a sí mismos. Sus hallazgos, publicados la semana pasada en la revista Physics of Fluids, podrían tener consecuencias dramáticas para la mejora robótica agrícola.
"Fue una sorpresa para nosotros que la planta puede producir movimientos eficaces sin músculos. Inmediatamente investigamos especies vegetales con semillas auto-excavadoras y especies de plantas identificadas utilizando estrategias similares de excavación," dijoWonjong Jung, un ex estudiante de Kim y ahora investigador senior en Samsung Advanced Institute of Technology en Corea. "Aunque las semillas de algunas plantas como el trigo salvaje tienen aristas curvas simples, solamente exhiben movimientos de flexión, las semillas de otras plantas con aristas helicoidales pueden generar movimientos rotatorios para cavar. Pensamos que era muy probable que las semillas giraran para facilitar la excavación."
El equipo de investigación estudió las semillas de las especies de floración Pelargonium, cuya arista helicoidal en espiral responde a la humedad, demostrando la expansión higroscópica. En ambientes húmedos, el toldo se deforma para enderezar. Si la semilla está anclada, esta reacción puede crear empuje contra el suelo a medida que la bobina de desenrollado roba y perfora la semilla.
"Nuestro trabajo ilumina la sorprendente funcionalidad y belleza de diseño natural," dijo Wonjung Kim, profesor en la Universidad de Sogang en Corea. "Aunque las plantas no producen generalmente movimientos activos debido a su falta de músculos, algunas semillas han evolucionado para crear madriguera hacia un mejor ambiente de germinación. Más sorprendente, cuando se explota una arista de forma helicoidal, la estrategia de entierro es extraordinariamente buena para la reducción de arrastre".
Más allá de destacar otro de los maravillosos desarrollos mecánicos de la evolución, los modelos matemáticos resultantes de este trabajo tienen aplicaciones directas a la robótica actual y próxima generación. Comprender la mecánica de estas semillas y cómo su movimiento reduce la fuerza de arrastre del medio granular de suelo profundiza nuestra penetración en el diseño de la máquina de excavación de suelo.
"Para obtener información ambiental como la contaminación del suelo en áreas inaccesibles como planetas espaciales, campos de batalla o zonas de desastre, se necesitan pequeños robots," dijo Kim. "Nuestra investigación ha demostrado una reducción en el arrastre de partículas por la rotación, que informa un método de diseño eficiente de intrusos para robots excavadores. Además, los arcos auto-madriguera proporcionan inspiración para el diseño de robots no motorizados que responden a varios estímulos como el calor, la luz y humedad."