El secreto de la ardilla africana que podría revolucionar los robots trepadores

Un pequeño mamífero del África occidental, poco conocido y apenas estudiado, podría tener la clave para resolver uno de los desafíos persistentes en la robótica: cómo desplazarse de forma segura sobre superficies lisas y verticales.

Gracias a un reciente estudio experimental, la estructura escamosa de la cola de la ardilla de Pel no solo confirmó una antigua hipótesis sobre su función, sino que también abrió nuevas posibilidades para el diseño de sistemas de fricción en robots inspirados en la naturaleza.

Un equipo del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes comprobó que esta singular ardilla utiliza su cola como punto de apoyo para aferrarse a los resbaladizos troncos de los árboles del bosque de Guinea Superior, en Ghana.

En este hallazgo, publicado en el Journal of the Royal Society Interface, los resultados podrían trasladarse al desarrollo de robots cuadrúpedos más eficientes y estables, capaces de moverse por entornos naturales complejos.

La ardilla de Pel es un mamífero poco estudiado, endémico de África occidental, con presencia confirmada en Ghana y algunas regiones de Liberia. Su hábitat, el bosque de Guinea Superior, contiene árboles de corteza lisa, como el iroko (Milicia excelsa y Milicia regia), cuyas superficies son más suaves que las de los árboles habitados por ardillas voladoras en otras regiones.

A diferencia de sus congéneres europeos y americanos, esta especie presenta una adaptación morfológica particular: dos filas de escamas puntiagudas en la parte inferior de la cola. Junto con las membranas entre las patas, que le permiten planear, estas escamas habían sido objeto de especulación. Observaciones en campo sugerían que funcionaban como un mecanismo antideslizante, facilitando el desplazamiento y reposo en los troncos resbaladizos. No obstante, hasta ahora no existía una validación experimental.

El órgano escamoso presente en todas las especies de la familia Anomaluridae atrajo atención por su posible papel en la locomoción arbórea. De acuerdo con el estudio del Instituto Max Planck, se propuso que estas escamas, al sobresalir de las vértebras caudales, aumentaban la fricción y reducían el riesgo de deslizamientos, especialmente en superficies de rugosidad intermedia como la corteza del iroko.

La hipótesis principal era que el órgano escamoso proporcionaba un beneficio mecánico al ampliar los puntos de contacto y mejorar la estabilidad durante el desplazamiento. Aunque fundamentada en observaciones en libertad, la idea no había sido sometida a pruebas controladas.

Para evaluar la hipótesis, los investigadores emplearon escaneo e impresión 3D. Usaron un espécimen de museo recolectado en Ghana para crear modelos tridimensionales precisos de las garras y la cola. Estos fueron ensamblados en un esqueleto artificial que replicaba la morfología del animal.

El experimento consistió en deslizar los modelos sobre rampas cubiertas con papel de lija de diferentes niveles de rugosidad, simulando desde superficies muy lisas hasta otras parecidas a la corteza del iroko. Se compararon los resultados de un modelo completo con otro sin la cola escamosa. La inclinación de la rampa se incrementaba progresivamente hasta que el modelo perdía adherencia, lo que permitió calcular el ángulo máximo de estabilidad y el coeficiente de fricción estática. También se analizaron variaciones en el tamaño de las escamas.

Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes informó que la presencia de la cola escamosa aumentó significativamente la fricción en superficies de rugosidad media. El modelo con escamas se sostuvo en rampas hasta un 21% más inclinadas y el coeficiente de fricción fue un 58% mayor en sustratos similares al hábitat natural.

Un análisis matemático complementario mostró que la cola escamosa actuaba como un punto de apoyo adicional, ampliando el polígono de soporte. Esto permitió a la ardilla alcanzar inclinaciones de hasta 82,5° sin usar sus garras, frente a los 79,6° sin escamas. El efecto estabilizador fue concluyente.

El tamaño natural de las escamas resultó el más eficaz, aunque las diferencias no fueron estadísticamente significativas. Esto sugiere una adaptación evolutiva específica al entorno arbóreo.

Uno de los objetivos principales del estudio fue comprender mejor las capacidades trepadoras de distintas especies de ardilla para aplicarlas al desarrollo de robots cuadrúpedos. Los hallazgos ofrecen información valiosa para el diseño de mecanismos de locomoción eficientes en entornos forestales.

La inclusión de estructuras similares a escamas podría aumentar la fricción y estabilidad en superficies lisas o medianamente rugosas. Según los autores, añadir puntos de apoyo pasivos en el chasis de los robots permitiría un agarre más seguro y reduciría el consumo energético durante desplazamientos en ramas o troncos.

También se propuso adaptar la morfología de las escamas a la rugosidad del árbol, mediante mecanismos variables o retráctiles capaces de ajustarse a diferentes superficies y ángulos.

Los investigadores reconocieron ciertas limitaciones. La escasez de ejemplares de Anomalurus pelii, debido a su actividad nocturna y comportamiento arbóreo, restringió el análisis morfológico a un único espécimen. Además, la imposibilidad de observar animales vivos impidió determinar si ejercen control activo sobre la cola.

Las pruebas se realizaron sobre superficies planas, lo que representa una simplificación frente a los troncos reales, que presentan curvaturas y texturas variables. El equipo sugirió realizar futuros estudios en árboles nativos y en condiciones naturales para validar los resultados.

La información publicada por Journal of the Royal Society Interface y Phys.org destacó la relevancia del estudio para comprender adaptaciones evolutivas a hábitats difíciles y su potencial tecnológico. La investigación proporcionó evidencia experimental de que la cola escamosa de la ardilla de Pel mejora la fricción y estabilidad en árboles de corteza lisa, permitiéndole ocupar un nicho inaccesible para otros mamíferos.

Este hallazgo también ofrece nuevas posibilidades para el desarrollo de robots trepadores bioinspirados, capaces de operar eficazmente en ecosistemas forestales. La implementación de mecanismos como las escamas caudales podría transformar la exploración robótica, facilitando tareas de conservación, monitoreo ambiental y recolección de datos en áreas de difícil acceso.