La locomoción de los arácnidos es el medio por el cual los arácnidos caminan, corren o saltan; hacen uso de más que la contracción muscular , empleando métodos adicionales como la compresión hidráulica . [1] [2] Otra adaptación que se ve especialmente en las variantes de arácnidos más grandes es la inclusión de tejidos conectivos elásticos .
Hidráulica
En la mayoría de los arácnidos, la compresión hidráulica actúa como el medio principal de extensión en varias de las articulaciones de sus piernas articuladas, a saber, la articulación fémur-rótula y tibia-metatarso o articulaciones de la segunda y tercera pierna respectivamente. [3] En lugar de sangre, la hemolinfa se usa para mover los nutrientes dentro del arácnido y tiene la función secundaria de actuar como un fluido hidráulico. Cuando es comprimida por el cuerpo del arácnido, la hemolinfa aplica fuerza de compresión a través de canales en las extremidades que hacen que se extiendan. [4] Este movimiento es luego equilibrado por el músculo flexor para retraer las articulaciones de las piernas según sea necesario. Debido al uso de sistemas hidráulicos para la extensión, el músculo flexor puede ser significativamente más grande de lo que sería posible sin afectar el tamaño o el peso. [5] El cambio de volumen corporal central medible puede ocurrir durante períodos de mayor compresión en las piernas, ya que los senos paranasales del cuerpo se contraen para lograr la presurización en piernas específicas. [6] Aparte del paso normal del arácnido, en algunas variantes, se utilizan presiones extremadamente altas como medio para saltar, propulsar las patas traseras y permitir un movimiento mucho mayor y más repentino. [6]
Elásticos
En variantes más grandes de arácnidos, como las tarántulas y las arañas peludas del desierto, otro mecanismo utilizado para la locomoción es un esclerito elástico . [6] Estos escleritos son conectores semirrígidos entre segmentos de patas que permiten el almacenamiento y el gasto de energía potencial. Se utiliza como complemento o en conjunto con la hidráulica normalmente empleada en esas articulaciones, lo que permite transportar mayores pesos, movimientos más rápidos y repentinos cuando se combina con el músculo flexor ya pronunciado que actúa en esas articulaciones, así como el control motor fino. con una interrupción repentina reducida del flujo de hemolinfa. [6] A mayor compresión de la articulación, se ha encontrado que la rigidez de la esclerita aumenta significativamente, lo que denota soporte incluso fuera de la tensión normal. [6]
Influencia en el diseño biomimético
La locomoción hidráulica en arácnidos ha servido de inspiración para muchos conceptos biomiméticos modernos en robótica destinados a ser utilizados por o con personas, especialmente en el campo de la robótica blanda . El uso de la hidráulica en las articulaciones robóticas tiene como objetivo reemplazar la naturaleza más pesada de control de la robótica moderna con un sistema más pasivo desarrollado en actuación suave. [7] Se pueden lograr varias formas de actuación y transmisión de fuerza a través de estos diseños inspirados, que incluyen efectos de rotación, elevación e incluso amortiguación . [8] La naturaleza pasiva de los mecanismos extensores hidráulicos y elásticos empleados ha encontrado uso en proyectos de ortesis destinados a ayudar a las articulaciones debilitadas por la edad o la enfermedad. [8]
Secreción de fluidos
Un método adicional utilizado por algunos arácnidos para mejorar la locomoción es secretar fluidos, caracterizados por un efecto hidrofóbico , a través de las almohadillas en los extremos de sus patas que están en contacto con la superficie para caminar. [9] Se ha demostrado que el arácnido es capaz de utilizar el líquido adhesivo de forma selectiva, lo que significa que puede optar por no secretar el líquido en determinadas circunstancias en las que no estaría justificado, como en condiciones de humedad. [9] El uso de fluidos permite al arácnido una mejor tracción a través de una fuerza de corte mejorada tanto para la locomoción estándar como para los movimientos repentinos como al saltar y saltar.
Desafíos en el modelado
Modelar el sistema hidráulico utilizado por los arácnidos ha sido un desafío en el pasado debido a la escala y la complejidad. Los modelos simplificados que se centran en las articulaciones individuales y los canales de flujo que utilizan imágenes modernas como Micro-CT han permitido expresiones matemáticas de presión y flujo que actúan sobre las articulaciones. [3] Visualizar directamente el flujo de hemolinfa en cuerpos pequeños ha sido difícil debido a las limitaciones de resolución y la falta de contraste, lo que hace que el líquido y los tejidos blandos sean indistinguibles, pero se han empleado técnicas que utilizan una combinación de microburbujas inyectadas como trazadores en la hemolinfa y el sincrotrón x -imagen de contraste de rayos para rastrearlos. [10]
Ver también
Referencias
- ^ Bowerman, Robert F. (1981). "Locomoción de los arácnidos" . En Herreid, Clyde F .; Fourtner, Charles R. (eds.). Locomoción y Energética en Artrópodos . Springer EE. UU. págs. 73-102. doi : 10.1007 / 978-1-4684-4064-5_4 . ISBN 978-1-4684-4066-9. Consultado el 22 de abril de 2021 .
- ^ Spagna, Joseph C .; Peattie, Anne M. (1 de mayo de 2012). "Locomoción terrestre en arácnidos" . Revista de fisiología de insectos . 58 (5): 599–606. doi : 10.1016 / j.jinsphys.2012.01.019 . PMID 22326455 . Consultado el 22 de abril de 2021 .
- ^ a b Liu, Chunbao; Chen, Shanshi; Sheng, Chuang; Ding, Peng; Qian, Zhihui; Ren, Lei (abril de 2019). "El arte de una articulación hidráulica en la pata de una araña: modelado, simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) y diseño bioinspirado" . Journal of Comparative Fisiología A . 205 (4): 491–504. doi : 10.1007 / s00359-019-01336-2 . PMID 31032530 . S2CID 135474232 . Consultado el 1 de marzo de 2021 .
- ^ Weihmann, Tom; Gunther, Michael; Blickhan, Reinhard (octubre de 2011). "La extensión hidráulica de las patas no es necesariamente el motor principal en las arañas grandes" (PDF) . La Revista de Biología Experimental . 215 (4): 578–583. doi : 10.1242 / jeb.054585 . PMID 22279064 . Consultado el 1 de marzo de 2021 .
- ^ Hao, Xin; Ma, Wenxing; Liu, Chunbao; Li, Yilei; Qian, Zhihui; Ren, Luquan; Ren, Lei (diciembre de 2019). "Análisis de cinemática conjunta de arañas y modos de conducción en diferentes condiciones del terreno" . Biónica y Biomecánica Aplicadas . 2019 : 1–9. doi : 10.1155 / 2019/4617212 . PMC 6935789 . PMID 31929827 .
- ^ a b c d e Sensenig, Andrew T .; Shultz, Jeffrey W. (noviembre de 2002). "Mecánica del almacenamiento de energía elástica cuticular en articulaciones de piernas que carecen de músculos extensores en arácnidos" (PDF) . La Revista de Biología Experimental . 206 (4): 771–784. doi : 10.1242 / jeb.00182 . PMID 12517993 . Consultado el 1 de marzo de 2021 .
- ^ Landkammer, Stefan; Invierno, Florian; Schneider, Daniel; Hornfeck, Rudiger (julio de 2016). "Articulaciones de patas de araña biomiméticas: una revisión de la investigación biomecánica a los actuadores robóticos compatibles" . Robótica . Especial (3): 15. doi : 10.3390 / robotics5030015 .
- ^ a b Gaiser, I .; Wiegand, Roland; Ivlev, O .; Andrés, A .; Breitwieser, H .; Schulz, S .; Bretthauer, G. (2012). "Automatización y robótica compatible con actuadores fluídicos flexibles y estructuras inflables" (PDF) . Sistemas inteligentes de activación y detección: avances recientes y desafíos futuros . doi : 10.5772 / 51866 . ISBN 978-953-51-0798-9. S2CID 53868418 . Archivado desde el original (PDF) el 3 de marzo de 2019 . Consultado el 1 de marzo de 2021 .
- ^ a b Peattie, Anne M .; Dirks, Jan-Henning; Henriques, Sergio; Federle, Walter (mayo de 2011). "Los arácnidos secretan un líquido sobre sus almohadillas adhesivas" . PLOS ONE . 6 (5): e20485. Código Bibliográfico : 2011PLoSO ... 620485P . doi : 10.1371 / journal.pone.0020485 . PMC 3102731 . PMID 21637774 .
- ^ Lee, Wah-Keat; Socha, John J. (marzo de 2009). "Visualización directa del flujo de hemolinfa en el corazón de un saltamontes (Schistocerca americana)" . Fisiología de BMC . 2009 : 2. doi : 10.1186 / 1472-6793-9-2 . PMC 2672055 . PMID 19272159 .