C贸mo el movimiento de una abeja de la miel inspira el dise帽o aeroespacial

C贸mo el movimiento de una abeja de la miel inspira el dise帽o aeroespacial

11 de junio de 2019 <img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/honey-bee-and-stewart-platform.jpg" "honey bee and stewart platform"

Los ingenieros pueden reconocer la estructura muscular interna del abdomen de una abeja de la miel (izquierda) por su parecido con la plataforma Stewart, un dispositivo mec谩nico que permite seis grados de libertad de movimiento. Los investigadores que han encontrado su equivalente natural en las abejas dicen que el descubrimiento ya est谩 informando su trabajo en el dise帽o de conos de nariz articulada para cohetes. El diagrama de la derecha muestra una vista esquem谩tica de una plataforma Stewart dise帽ada en base a la estructura del segmento abdominal de las abejas. (Cr茅dito de la foto de la abeja de la miel: Russ Ottens, Universidad de Georgia, Bugwood.org. Diagrama originalmente publicado en Liang et al 2019, Journal of Insect Science)

Por Leslie M谩rquez, Ph.D.

La pr贸xima vez que vea a una abeja posarse sobre una flor, observe lo ocupado que est谩 su abdomen. Se arruga, se alarga y se enrosca de un lado a otro con una flexibilidad asombrosa. Un grupo de ingenieros de la Universidad de Tsinghua en Pek铆n ha descubierto que un mecanismo bastante sorprendente est谩 involucrado en ese movimiento, y este mecanismo podr铆a ayudar en el dise帽o de conos de nariz de cohete que necesitan transformarse en diferentes formas para acomodarse a la aerodin谩mica, movilidad y control de vuelo necesarios para atravesar y volver a entrar en la atm贸sfera. Los hallazgos son reportados en un nuevo estudio publicado en mayo en la revista de libre acceso Journal of Insect Science.

<img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/leslie-mertz2.jpg" "Leslie M谩rquez, Ph.D."

<Los ingenieros se centraron en las abejas mel铆feras (Apis mellifera), que tienen movimientos abdominales muy vivos que se muestran durante la danza de meneo que realizan para comunicarse con otros miembros de su colmena sobre la ubicaci贸n de un parche de flores de primera calidad. Para averiguar c贸mo se mueven los insectos, los ingenieros diseccionaron cuidadosamente las abejas mel铆feras y observaron las microestructuras de sus abd贸menes utilizando un microscopio electr贸nico de barrido, y tambi茅n utilizaron una c谩mara de alta velocidad para registrar los movimientos de otras abejas mel铆feras vivas, seg煤n el coautor del estudio, el Dr. Shaoze Yan, del Departamento de Ingenier铆a Mec谩nica de la Universidad de Tsinghua.

Con esas observaciones, los ingenieros identificaron algo inesperado: seis "estructuras de conexi贸n lateral" que se parecen m谩s bien a los choques hidr谩ulicos de un coche y que se extienden y contraen. Un extremo de cada una de las seis estructuras de conexi贸n lateral, que est谩n hechas de m煤sculo, se adhiere a la placa exoesquel茅tica superior flexible (el tergum) de un segmento abdominal, y el otro extremo se adhiere a la placa exoesquel茅tica inferior flexible (el estern贸n). Las seis estructuras de conexi贸n lateral se mueven independientemente una de otra, dice Yan, y debido a la ubicaci贸n de sus puntos de conexi贸n en las dos placas, permiten un movimiento extenso y bastante flexible del tergum y el estern贸n, dando as铆 al abdomen su impresionante amplitud de movimiento.

<img src="https://antimoscas.%20es/wp-content/uploads/diagram-of-stewart-platform-inspired-by-honey-bee-abdomen.jpg" "diagrama de la plataforma Stewart inspirado en el abdomen de la abeja mel铆fera"

Investigadores de la Universidad Tsinghua de Beijing han descubierto que la estructura muscular interna del abdomen de una abeja mel铆fera (Apis mellifera) se asemeja a un dispositivo mec谩nico conocido como plataforma Stewart. En este diagrama esquem谩tico de la estructura del segmento del abdomen de la abeja mel铆fera, cada terg贸n est谩 conectado a un estern贸n por seis "estructuras de conexi贸n lateral" (L1-L6) que se parecen bastante a los choques de un coche. Las estructuras de conexi贸n lateral, que est谩n hechas de m煤sculo, tienen puntos de conexi贸n-b1-b6 en el tergum (trg4) y B1-B6 en el estern贸n (stm4)-de manera que su contracci贸n y extensi贸n ofrecen una flexibilidad considerable, especialmente al tergum. (MP denota plataforma m贸vil, y BP denota plataforma base.) (Imagen originalmente publicada en Liang et al 2019, Journal of Insect Science) <img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/honey-bee-abdomen-internal-view.jpeg" "vista interna del abdomen de la abeja mel铆fera"

Esta imagen estereosc贸pica del abdomen de una abeja mel铆fera muestra las placas exoesquel茅ticas superior e inferior, conocidas como la terga (trg) y el esterno o (stm), respectivamente. Las placas son flexibles. (Imagen publicada originalmente en Liang et al 2019, Journal of Insect Science) <img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/liang-youjian-and-yan-shaoze.png" "Liang Youjian y Yan Shaoze"

Los ingenieros de la Universidad de Tsinghua, incluidos el estudiante de doctorado Youjian Liang (izquierda) y el profesor Shaoze Yan, doctorado (derecha), identificaron un mecanismo sorprendente detr谩s del abdomen de la abeja de la miel, altamente maniobrable, y la esperanza de utilizar este hallazgo para ayudar a dise帽ar conos de nariz para veh铆culos aeroespaciales. (Foto cortes铆a de Shaoze Yan)

Los ingenieros pueden reconocer la disposici贸n y el funcionamiento de las estructuras de conexi贸n lateral como "la plataforma Stewart", que se utiliza com煤nmente en los simuladores de vuelo para imitar el cambio de actitud y velocidad de una aeronave, dice Yan. "La mayor铆a de los simuladores de vuelo adoptan la plataforma Stewart como mecanismo cinem谩tico, que se compone de una plataforma m贸vil unida a una base fija a trav茅s de seis patas extensibles. La cabina de simulaci贸n est谩 instalada en la plataforma, [y] los movimientos coordinados de las seis patas extensibles pueden impulsar la plataforma y hacer que la cabina simule el movimiento de la aeronave", dice.

Una vez que los ingenieros vieron las estructuras de conexi贸n lateral, se dieron cuenta de que hab铆an descubierto una estructura equivalente a la plataforma Stewart en los insectos. "隆Est谩bamos muy emocionados!" Yan dice. Seg煤n su trabajo, este tipo de estructura y mecanismo rara vez se ve en los animales y nunca antes se hab铆a informado de que regulara y controlara las actividades fisiol贸gicas. Yan a帽ade: "Creemos que es el resultado de la evoluci贸n natural que se adapta a las necesidades del abdomen de la abeja de la miel"."

Dos v铆deos muestran el movimiento del abdomen de una abeja de la miel (Apis mellifera) y un mecanismo de plataforma Stewart dise帽ado en base a la estructura interna del segmento abdominal de una abeja de la miel. Los investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing dicen que el dise帽o bioinspirado ya est谩 informando su trabajo sobre la articulaci贸n de conos de nariz para cohetes. (V铆deos originalmente publicados como complemento de Liang et al 2019, Journal of Insect Science)

Este hallazgo se combina con el estudio anterior del grupo que revela el papel de las membranas intersegmentales plegadas en la deformaci贸n abdominal de las abejas y su investigaci贸n a煤n por publicar, que indica que los m煤sculos abdominales tambi茅n funcionan como actuadores lineales para controlar el movimiento coordinado de los segmentos abdominales adyacentes. (Los ingenieros describir铆an esto como un mecanismo paralelo.)

Aunque el grupo de investigaci贸n estudi贸 s贸lo abejas de miel, Yan cree que los abd贸menes de otros insectos pueden moverse de la misma manera. "Este modelo puede ser [capaz] de dilucidar el mecanismo de deformaci贸n abdominal de las mariposas, lib茅lulas y dros贸filas, ya que los abd贸menes de estos tres insectos tienen estructuras fisiol贸gicas similares", dice.

En otro ejemplo m谩s de bioinspiraci贸n, el grupo est谩 ahora aplicando su comprensi贸n de los abd贸menes de las abejas de la miel al dise帽o de conos de nariz aeroespaciales. "Como ingenieros mec谩nicos, generalmente consideramos que la capacidad de movimiento de una m谩quina o un animal est谩 determinada por su estructura corporal, [y] hemos dise帽ado un cono nasal que se transforma en el veh铆culo aeroespacial despu茅s de optimizar el mecanismo de deformaci贸n abdominal de la abeja de la miel", dice Yan. "A continuaci贸n, desarrollaremos un prototipo f铆sico y llevaremos a cabo una serie de experimentos para verificar su capacidad de transformaci贸n." "La cinem谩tica de la plataforma Stewart explica el movimiento tridimensional de la estructura abdominal de la abeja" "

Diario de la Ciencia de los Insectos

>>fuerte>Leslie M谩rquez, Ph.D., </ense帽a cursos de verano de biolog铆a de campo, escribe sobre ciencia, y dirige un sitio web educativo de identificaci贸n de insectos, www.knowyourinsects.org. Ella reside en el norte de Michigan.

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