O-ROBOT

Si hi ha una característica que fa que les pel·lícules i sèries de ciència-ficció siguin actualment molt creïbles és l’acurada representació d'animals mitològics, de ficció o d'èpoques passades. Els dracs de Harry Potter o de Joc de trons, els dinosaures de Parc Juràssic, els orcs i trols d’El senyor dels anells es mouen de manera molt real, els músculs sembla que es contraguin sota la pell, les articulacions són flexibles i tots mostren un moviment natural. Talment sembla que siguin vius, a diferència dels moviments encarcarats i antinaturals de les pel·lícules antigues. Inicialment, Disney i altres productores ja van fer servir efectes de rotoscòpia en què, mitjançant la gravació de moviments en humans i la "superposició" amb dibuixos animats, es creava la il·lusió de realitat, però han estat la inclusió d'efectes especials generats per ordinador i les simulacions digitalitzades 3D les que han revolucionat el cinema i els jocs d’ordinador. La ciència també ha fet servir aquests recursos per fer divulgació, potser sense esmerçar-hi tants diners, però de forma bastant digna en molts casos.

Doncs bé, en un article d'aquesta setmana, científics i enginyers s'han aliat per donar vida, amb un nivell de perfecció tècnica altíssim, als moviments d'un animal reptiliforme, Orobates pabsti, de fa uns 280 milions d'anys —molt abans de l'època dels dinosaures. Què té de particular aquest animal? Doncs que a Alemanya van trobar-ne un conjunt de fòssils molt ben conservats, amb tots els ossos i articulacions intactes, així com petjades que va deixar fent camí sobre terres fangoses. I ara em podeu preguntar: i què passa amb aquesta espècie fòssil, que ha atret l'atenció i els esforços de la recerca científica? Al Paleozoic, la gran majoria dels animals vivien al mar i les zones costaneres, i en l'època d'aquest fòssil hi havia una explosió d'espècies diferents de peixos i també d'amfibis, atès que ja havia començat la conquesta del medi terrestre. Tanmateix, Orobates vivia lluny de la costa, a les muntanyes, on s'alimentava d'herbes i altres plantes, la qual cosa indica que ja era un animal terrestre i no pas un amfibi.

El pas de la vida en medi aquàtic a la vida en medi terrestre va implicar tota una sèrie d'adaptacions fisiològiques importants

El pas de la vida en medi aquàtic a la vida en medi terrestre va implicar tota una sèrie d'adaptacions fisiològiques importants. Així, per exemple, la pell es va fer escatosa i dura per evitar la deshidratació per exposició continuada a l'aire, la respiració va canviar de branquial a pulmonar i els animals van passar a ser amniotes. Els ous dels amniotes presenten moltes més membranes protectores de l'embrió, amb producció de líquid interior (líquid amniòtic) per permetre la flotació i la supervivència del fetus i amb una closca exterior resistent a la dessecació. Al seu torn, això va acabar portant a la fecundació interna i al desenvolupament sense metamorfosi. La locomoció dels animals també va canviar: d'arrossegar-se sobre la panxa a desenvolupar una mobilitat alçada, com la majoria de tetràpodes terrestres, en què les potes tenen més força i el moviment és més eficient.

Resulta que peixos i amfibis són anamniotes (els seus ous no tenen amni), mentre que rèptils, ocells i mamífers som amniotes. I Orobates és un graó entre els uns i els altres, està situat a la base del llinatge dels amniotes, de característiques ancestrals; per tant, és un model ideal per estudiar-lo i inferir com els animals terrestres van passar d'un tipus de moviment a l'altre. Quins canvis hi va haver a les articulacions, als músculs, a la columna vertebral per tal d'esdevenir tetràpodes i, en alguns casos, bípedes —com ho són els ocells i ho som els humans. Com es movia Orobates? Com una salamandra maldestra a mig camí entre l'aigua i la terra o ja es movia eficientment, com ho fan un cocodril o un llangardaix?

'Orobates' és un graó entre peixos i amfibis, i rèptils, ocells i mamífers

Per estudiar com es movia aquest animal, els científics han creat dos tipus de simulacions, cinemàtiques i dinàmiques, i n’han provat els moviments en un robot que han construït per peces i articulat com si fos un esquelet d'Orobates. És l'OroBOT, de més de 6 kg de pes i amb el qual es poden provar les diverses hipòtesis. Evidentment, primer cal obtenir dades d'animals d'espècies existents. Així doncs, amb els permisos corresponents, els científics van gravar amb raigs X el moviment d'un amfibi (la salamandra) i de tres animals amniotes (la iguana, el caiman i un llangardaix). D'aquesta manera van analitzar tots els moviments que fan per observar-ne similituds i diferències. També van gravar la cadència i la distància de les petjades dels animals per tal de projectar els moviments sobre les petjades fòssils. Aquestes dades es van digitalitzar, així com la posició relativa dels ossos i les articulacions dels fòssils, per després fer-ne simulacions de locomoció i plausibilitat anatòmica, considerant força requerida, articulació, equilibri, precisió i força de reacció del terra. Només les simulacions per ordinador que passaven el filtre podien ser programades i provades amb l'OroBOT, un veritable biorobot d'un fòssil (un O-ROBOT?). Després de fer múltiples proves amb el robot, els científics han comprovat que, segons les seves dades, Orobates no s'arrossegava, sinó que es movia com ho fan cocodrils i caimans, amb mecanismes de locomoció molt més avançats que no es creia fins ara.

Us recomano molt que visiteu la seva pàgina web interactiva, en què en un format atractiu us mostren totes les dades i els vídeos (tot en accés obert ), així com la visualització tridimensional de les dades de moviments. Molt important: com que és una web interactiva, us deixen canviar els paràmetres i explorar en les simulacions centenars de possibilitats de moviment. És com un joc d'ordinador, una plataforma de simulació interactiva per solucionar un problema científic. Joves i no tan joves, estudiants i curiosos, aneu-hi a explorar i provar la vostra perícia i canvieu paràmetres per veure com ens movem. Si més no, mireu el vídeo que tenen penjat a Youtube i observeu com la columna vertebral del robot fòssil i del simulador es van movent onduladament per articular el moviment de cada pota durant la marxa, amb cadència, equilibri i harmonia.

La conclusió és, per tant, que la mobilitat i la locomoció eficient al medi terrestre va evolucionar molt abans de l'aparició dels amniotes, ja que Orobates ja caminava sobre les quatre potes de forma ràpida i amb menys despesa energètica. Evolutivament parlant, els animals terrestres vam aprendre abans a caminar que a fer ous amb membranes de suport per als nostres embrions.