Cómo los murciélagos ayudarán a mejorar los drones y otra ingeniería aeronáutica

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En la actualidad, los drones -dispositivos muy útiles con diversas aplicaciones- no han logrado replicar los sofisticados sistemas biomecánicos de vuelo de los animales, como aves y murciélagos. El origen de las notables características aerodinámicas de tales organismos de la naturaleza aún es un misterio, y su resolución podría suponer un gran avance en la creación de máquinas.

Onychonycteris finneyi
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Norberto Giannini, científico del CONICET en la Unidad Ejecutora Lillo (UEL, CONICET-Fundación Miguel Lillo), acaba de publicar un estudio en la prestigiosa revista Communications Biology, del grupo Nature, en el que develaron cómo comenzaron a volar los murciélagos en la era primitiva. Esta incógnita, que permanecía sin respuesta, podría allanar el camino para desarrollos y máquinas mucho más sofisticadas en el campo de la ingeniería aeronáutica.

El vídeo permite conocer a Lucila Amador, refiriéndose a otro trabajo de investigación… con murciélagos

**“Los drones, como los pequeños aparatos que están en Marte, son muy toscos todavía. Hay mucho interés desde el campo militar, de la ingeniería y de un sinfín de aplicaciones prácticas más por entender el vuelo de los animales, para fabricar máquinas que se les parezcan y poder explorar las ventajas prácticas y habilidades con las que cuentan los animales para moverse en el aire”*, explicó.

Murciélagos, únicos entre los mamíferos
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En un artículo firmado por Cintia Kemelmajer, se apunta que los murciélagos son un inestimable modelo de estudio perfecto: son los únicos mamíferos voladores y uno de los tres ejemplos de vuelo propulsado ofrecidos por la Naturaleza. “Pterosaurios, aves y murciélagos son los únicos vertebrados con capacidad de vuelo propulsado, es decir batido con alas -indicó Giannini- y comparados con los insectos, son mucho más grandes. Pero los murciélagos actuales tienen un vuelo muy sofisticado, porque su aparato alar está muy evolucionado y tienen muchísimos detalles de funcionamiento. Nosotros buscamos el murciélago fósil más antiguo que se descubrió, para ver cómo fue que se inició en el vuelo. Cómo fue que hizo esa primera transición del planeo al vuelo”.

Vídeo, en inglés, sobre la evolución de los murciélagos.

Ah, siempre Darwin
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En 1859, Charles Darwin ya había postulado teóricamente, en su libro El origen de las especies, que los murciélagos habían pasado de planear a volar en el aire. Hoy se sabe que esto pudo haber sido posible gracias a mutaciones de la mano que la convirtieron en palmeada y alargada y se integró en un bauplan (plan corporal) planeador preexistente. El equipo de Giannini logró por primera vez comprobar esa teoría conjugando tres avances científicos: por un lado, tener un modelo computacional lo suficientemente apto para simular el vuelo de los murciélagos primitivos. Por otro, contar con el fósil de murciélagos más antiguo del que se tenga registro: Onychonycteris finneyi. Un animal que vivió 52 millones de años atrás, en el Eoceno temprano, de los que se hallaron dos fósiles en 2008 y están conservados en Canadá y Nueva York. En tercer lugar, emularon la atmósfera de esa época, con el fin de establecer los mecanismos implicados en la evolución del vuelo propulsado en los mamíferos en el medio que les tocó para evolucionar, que era mucho más densa que la actual.

Gravedad y otros obstáculos
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“Aves y mamíferos vuelan aleteando, moviendo sus alas se propulsan en el aire. En contraste a otras especies que hacen planeo, como la ardilla voladora, los murciélagos utilizan su fuerza muscular y sus alas. Esa transición es biomecánicamente muy demandante, es difícil”, detalló Giannini. “Los desafíos en el medio aéreo para volar son muchos desde el punto de vista biomecánico. El animal tiene que superar la gravedad, los riesgos de chocar, caerse. Además, el aire es un fluido poco denso comparado con el agua, entonces es difícil usarlo para desplazarse. Volar significa pasarle energía al aire en una forma específica. Lo mismo pasa con un pez que está aleteando dentro del agua, pero el medio fluido es más fácil de operar desde el punto de vista de la fuerza que el animal puede ejercer sobre el medio. La aleta de un pez puede ser muy chiquita, mientras que el ala de un mamífero comparativamente es muy grande. Se necesita una estructura anatómica muy grande. Llegar evolutivamente a ese punto es muy difícil. Es uno de los problemas que se le planteó a Darwin, que hablaba de lo dificultoso de esa transición, y que logramos comprobar. Nosotros mostramos que el murciélago fósil clave, Onychonycteris finneyi, era capaz de planear y aletear. Una característica que respalda la actual hipótesis del planeo sobre los orígenes del vuelo de los mamíferos por motivos aerodinámicos”, planteó Giannini.

**Espacio de desempeño para la transición del deslizamiento al aleteo en murciélagos. Crédito de la imagen: Norberto Giannini et al./Nature**

Planeador, volador
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“Se puede apuntar a una validación de la teoría darwiniana de que el origen del vuelo era desde un planeador hacia un volador”, aseguró el científico. “Eso significa que resultan debilitadas otras teorías, que postulaban que el origen del vuelo en murciélagos podría ser desde el suelo: los animales corrían rápido hasta adquirir velocidad y eventualmente elevarse y volar como se acepta hoy para las aves. En murciélagos esto es muy poco probable, porque sus miembros son estructuralmente distintos y no pueden correr. Se necesita que el aire circule por las alas. Las alas son las que hacen esa diferencia de presión que produce la sustentación. La energía para mover las alas se origina en los propios músculos batiendo el aire. El aire pasa a través de las alas y ahí se produce la sustentación, la fuerza aerodinámica que lo mantiene en ese vuelo nivelado. Demostramos que la fuerza muscular estimada para el fósil es suficiente para esa anatomía, tanto en condiciones normales como hiperdensas. Y también puede planear, eso es lo que une a los dos sistemas”, dijo Giannini.

Volar en una Tierra diferente
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A través de sus inferencias, los científicos también observaron que “la transición del planeo al vuelo incluso podría haber ocurrido antes. Si bien descubrimos que en una atmósfera hiperdensa ya podían sustentar el vuelo, se puede ver que la transición habría ocurrido en una estructura aún más primitiva de la que estamos observando en el fósil. Es decir que anteriormente a este fósil podría haber venido un animal planeador, más primitivo, que transicionó al vuelo”. El paso siguiente en la investigación es “poner a prueba estos resultados con una versión robótica real, no de modelo computacional. Queremos comprobar en la realidad física esto que vimos teóricamente”, explicó científico.

Apuntes en español
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Un estudio científico dirigido por Norberto Giannini, investigador del CONICET, fue publicado en Communications Biology. Se trata de “La paleoatmósfera facilita la transición del planeo al vuelo motorizado en el murciélago del Eoceno, Onychonycteris finneyi”.
El estudio investiga cómo comenzaron a volar los murciélagos, una cuestión que podría conducir al desarrollo de drones más sofisticados y la ingeniería aeronáutica avanzada.
Los investigadores utilizaron un modelo computacional para simular el vuelo de los murciélagos primitivos, analizaron el fósil de murciélago más antiguo conocido, Onychonycteris finneyi, y recrearon la atmósfera de la época en que aparecieron los murciélagos.
El estudio encontró que el murciélago era capaz de planeo y batir las alas, lo que sostiene la teoría de que el origen del vuelo de los mamíferos fue desde un planeador a un volador.
Este descubrimiento podría conducir a la validación de la teoría de Darwin sobre el origen del vuelo y desafiar otras teorías que cuestionaban al científico británico.
Ahora, los investigadores pretenden probar estos hallazgos con un modelo robótico.

En el trabajo Palaeoatmosphere facilitates a gliding transition to powered flight in the Eocene bat, Onychonycteris finneyi, participaron Norberto P. Giannini, Alan Cannell, Lucila I. Amador y Nancy B. Simmons.

Abstract in English
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A scientific study led by Norberto Giannini, a researcher at CONICET, published in Communications Biology, investigates how bats began to fly, a question that could lead to the development of more sophisticated drones and advanced aeronautical engineering.
The researchers used a computational model to simulate the flight of primitive bats, analyzed the oldest known bat fossil, Onychonycteris finneyi, and recreated the atmosphere of the time when bats first appeared.
The study found that the bat was capable of both planing and flapping, supporting the theory that the origin of mammalian flight was from a glider to a flier.
This discovery could lead to the validation of Darwin’s theory of the origin of flight and challenge other theories.
The researchers now plan to test these findings with a robotic model.