DESAFÍOS DE LA INGENIERÍA TOPO DE NARIZ ESTRELLADA

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1 DESAFÍOS DE LA INGENIERÍA ENTREGA FINAL TOPO DE NARIZ ESTRELLADA Fig. 1. Imágen del Condylura cristata * Nombre: Pablo Piderit Albornoz Fecha de entrega: Domingo 30 de marzo del 2014 Nombre del ser vivo elegido: Topo de nariz estrellada (Condylura cristata)

2 En esta entrega: Como estaba programado, es esta la última entrega de la serie de tareas de desafíos en donde he ido abarcando diversos matices y enfoques para dejar más claro los alcances de este animal que elegí para estudiar. Para finalizar de buena forma, en esta ocasión se hace una recopilación de lo publicado anteriormente, pero con información nueva y con enfoques nuevos, para poder seguir avanzando en la comprensión del Topo de nariz estrellada. Pero el enfoque va a estar en la BIOMÍMESIS, ya que es ese el fin último que le da sentido a esta investigación. Pablo Piderit A.

3 CONTEXTO DEL SER VIVO: El topo de nariz estrellada es un mamífero perteneciente a la familia de los topos que vive principalmente en la costa noroeste de Estados Unidos. La gran particularidad de este topo es su nariz, la cual está formada por 22 tentáculos táctiles que son capaces de generar una imagen 3D de los túneles y caminos subterráneos que recorre, pero que también le permiten captar y atrapar a sus presas (gusanos, bichos varios, entre otros). Además de tener unos tentáculos híper sensibles, estos son veloces ** ya que son

4 capaces de atrapar a sus víctimas en tiempos pequeñísimos, lo que hace de este animal uno increíblemente eficiente, al menos en cuanto encontrar comida se refiere. También cuentan con un cerebro ultra rápido que apoya a estos tentáculos que claramente lo son. A continuación queda más claro: Su encéfalo decide en tan sólo 8 ms si la presa es comestible o no lo es: dicho tiempo roza la velocidad máxima de transmisión neuronal del impulso nervioso. ***

5 Fig. 2. Imagen del topo de nariz estrellada. **** Habitat del topo de nariz estrellada: Generalmente vive en pantanos y lugares de tierras húmedas, por lo que es un excelente nadador, y además posee un pelaje mucho más duro y grueso que el de la mayoría de los topos, para poder ser impermeable a la humedad. ***** Es un gran hacedor de túneles, ya que vive y caza en ellos. Además usa sus tentáculos para poder detectar y atrapar a sus presas. En fín, son muchas las capacidades de este topo pero las resumiría en tres: 1.- sus 22 tentáculos táctiles 2.-Su cerebro ultra rápido 3.- Su pelaje anti-humedad.

6 CaRActeríS- TICAS: 1.- NARIZ ESTRELLADA Los tentáculos de este mamífero son los que claramente lo definen, ya que, además de sus funciones prácticas, le generan una impronta visual muy peculiar que lo hace completamente único y diferente a cualquier otro ser vivo. Como lo dice mejor esta enciclopedia (traducción al español afecta a imprecisiones): El Condylura cristata es uno de los mamíferos más distintivos del mundo. Su nariz no tiene pelos y está coronada por una única

7 estrella formada por 22 tentáculos rozados y carnosos. * Los tentáculos de su nariz tienen diversos usos, por ejemplo cuando el topo está bajo tierra dentro de un túnel, los tentáculos se cierran evitando que entre tierra a su nariz. Además, como el Topo de Nariz Estrellada tiene una visión bastante deficiente (tiene ojos pero estos no le permiten ver de forma muy nítida, sino solo captar la luz y la oscuridad) los tentáculos le sirven para poder ir tocando la superficie de los túneles a modo de guía y, también, encontrar posibles presas en solo algunos milisegundos, lo que lo hace un cazador muy audaz y efectivo. Es más, según diversas investigaciones, se sabe que el Topo de Nariz Estrellada es capaz de tocar hasta 12 objetos por segundo, una velocidad nada despreciable. En la superficie de cada uno de los 22 tentáculos de este animal, se encuentran los órganos

8 de Eimer que son pupilas sensitivas microscópicas capaces de generar una imagen cerebral en base a las superficies tocadas. Cada órgano de Eimer contiene 3 tipos de sensores táctiles, dos de los cuales se encuentran en otros mamíferos, pero hay un tercero que sólo se ha encontrado en el Condylura Cristata que es capaz de percibir la configuración microscópica de las superficies, algo único y que le permite entender mucho mejor su entorno.** Hay órganos de Eimer distribuidos en un pie cuadrado, lo que genera una densidad perceptiva impresionante. Además, como son miles los sensores y la información generada es basta, el cerebro de este topo tiene que procesar mucha información proveniente de los tentáculos, lo que hace que la gran mayoría de su cerebro se dedique a esta labor solamente.

9 IMÁgeneS**** DE LoS TenTÁCULOS:

10

11 2.- CEREBRO ULTrA RÁpiDO: Imagen microscópica de los órganos de Eimer. Como decíamos antes, para poder procesar toda la información proveniente de los tentáculos del topo es necesario un poderoso cerebro capaz de hacerse cargo de esta gran tarea que

12 es manejar lo recopilado por los miles de órganos de Eimer. El profesor de biología de la Vanderbildt University investigó profundamente el cerebro de los topos de nariz estrellada (star-nose moles, en inglés) y descubrió mucho acerca del funcionamiento y estructura de este. Por ejemplo, estableció que su cerebro tiene más de neuronas sólo destinadas a procesar la información táctil proporcionada por los tentáculos, tentáculos que poseen una estructura microscópica tan rica y compleja que son capaces de generar una imagen de alta definición como lo recoge el autor- de las superficies que tocan los órganos de Eimer. Under a scanning electron microscope, the skin surface resolves into a cobbled landscape covered with tens of thousands of tiny epidermal domes. Each is about 60 µm in diameter, and each contains a circular disk in its center.

13 the skin areas monitored by the nerve fibers (their receptive fields on the star) were so small we had to use a microscope and thin, hairlike probes only a few hundred microns in diameter (von Frey hairs) to delineate them. This means the star provides exceptional resolution, much like a high-density photoreceptive chip in a camera that produces a hi-res image with many pixels. Con estas citas del autor que dejé sin traducir para no alterar su significado y sus matices- queda claro lo dicho antes y se reafirma la excepcional capacidad del cerebro del Star-Nosed Mole. Es tan intensa la relación entre la nariz estrellada del topo y su cerebro, que incluso este último está completamente estructurado en torno a los 22 tentáculos, teniendo cada uno una región en su cerebro destinada exclusivamente para tratar la

14 información del respectivo tentáculo. El cerebro del topo está dividido en dos hemisferios, cada cual controla los 11 tentáculos del lado opuesto (muy parecido al cerebro humano, el cual también está dividido en dos y cada parte controla el ojo del lado contrario*****). Otro dato muy interesante (******) es que el cerebro del topo no está distribuido de forma uniforme entre los 22 tentáculos, sino que hay dos de ellos, uno en cada hemisferio cerebral, que están completamente sobre representados. Esto se debe a que los tentáculos n 11 de cada hemisferio poseen una capacidad táctil muchísimo mayor que el del resto de los tentáculos. Esto se descubrió porque observando, los científicos se dieron cuenta que los topos usaban la mayoría del tiempo sólo 20

15 tentáculos no los 22- y habían dos que se usaban en pocas ocasiones, esto es porque sólo los usan en casos que quieran un análisis más exacto de algo, como una presa por ejemplo. Para terminar con este punto me gustaría destacar una característica del topo que aún no está demostrada pero que claramente tiene fundamentos serios detrás, y me refiero a su supuesta capacidad de captar las ondas eléctricas en el aire por medio de sus tentáculos. Si fuera cierto esto estaríamos en frente de otra impresionante característica del Topo de Nariz Estrellada.

16 3.-Pelaje anti humedad; El pelaje del Topo de Nariz Estrellada tiene poca bibliografía e investigación detrás, por lo que me fue difícil investigar acerca de esta capacidad que claramente es la menos novedosa de este animal. Como el topo vive toda su vida o bajo tierra o en ambientes muy húmedos requiere de una capa capaz de mantenerlo aislado. Esta capa es mucho más delgada que las capas sintéticas que hacemos para nuestra ropa por lo que si lográramos copiar su configuración a nivel microscópico podríamos quizás crear un nuevo material que sea mucho más eficiente que los que manejamos hoy en cuanto a impermeabilidad.

17 RESU- MIENDO; TOPO DE NARIZ ESTRELLADA

18 USOS PRÁC- TICOS; En esta sección se abordan los diversos usos que pueden recibir las tres capacidades investigadas del Topo. En cada idea se plantea una aproximación a la vida real de los mecanismos utilizados por este animal para desenvolverse.

19 1.- RASTREADOR TUBERÍAS AUTOMÁTICO; DE La función de este aparato sería facilitarle la tarea a los gasfíter y, en general, a la gente de la construcción o que está relacionada con el tema, rastreando y generando una imagen 3D detallada del interior de tuberías, pequeños túneles, u orificios varios, evitando así la necesidad de excavar o romper esta infraestructura para saber su condición interior. Así, por ejemplo, no sería necesario picar una pared entera para encontrar el punto en que la tubería está rota. Imitando la técnica de los tentáculos del Topo, habría que fabricar unos similares pero artificiales, no necesariamente con la misma forma, pero si, tienen que ser flexibles, entonces un material bueno para fabricarlo puede ser la silicona o un plástico parecido que sea altamente resistente a la fricción pero que sea al mismo tiempo flexible y durable. Este se fabricaría dependiendo del uso que se le quiera dar, en el porte exacto, porque no sería lo mismo usar uno para pequeñas tuberías domésticas que para usos industriales, por ejemplo.

20 La estructura del aparato podría estar hecha de anillos, como una serpiente, cosa que puede ir moviéndose y adaptándose a los contornos de los lugares que recorra. Al frente tendría los tentáculos artificiales que irían tocando la superficie recorrida, generando información que podría ser mandada vía Wifi, Bluetooth, u otra tecnología inalámbrica que se desee usar, a un computador que mediante un software especialmente diseñado podría generar una imagen tridimensional del espacio recorrido mostrando los lugares dañados, los en perfecto estado, etc. Probablemente el costo de fabricación de este aparato sería muy alto inicialmente debido a la necesidad de materiales muy finos y de compleja elaboración, pero con el tiempo, y a medida que la mano de obra va subiendo de precio conforme los países se desarrollan, va ir siendo cada vez más rentable ahorrarse el trabajo de picar un pared, por ejemplo. Para hacerse una idea de cómo se vería, abajo hay un dibujo:

21 2.-fotosBiPixel Si recordamos un poco el capítulo destinado al cerebro del Topo de nariz estrellada, recordaremos una parte que saco textual de mi propia investigación, dice así: el cerebro del topo no está distribuido de forma uniforme entre los 22 tentáculos, sino que hay dos de ellos, uno en cada hemisferio cerebral, que están completamente sobre representados. Esto se debe a que los tentáculos n 11 de cada hemisferio poseen una capacidad táctil muchísimo mayor que el del resto de los tentáculos. Esto se descubrió porque observando, los científicos se dieron cuenta que los topos usaban la mayoría del tiempo sólo 20 tentáculos no los 22- y habían dos que se usaban en pocas ocasiones, esto es porque sólo los usan en casos que quieran un análisis más exacto de algo, como una presa por ejemplo. El proceso de BIOMIMESIS consiste en copiar o inspirarse en una característica, función u esquema presente en la naturaleza. Bien. Entonces definamos el proceso que lleva a cabo el Topo; lo que hace, en el fondo, es tener dos formas de mirar o percibir el mundo, una en definición estándar y otra en HD. Posee 20 tentáculos que tienen una densidad de órganos de Eimer normal, entonces generan una imagen no tan exacta de la realidad, en cambio, hay otros

22 dos tentáculos que tienen una altísima densidad de órganos de Eimer con lo que captan mucha información y, por lo tanto, generan una imagen mucho más perfecta de lo que tocan. Ahora bien, entonces en qué consisten las fotos BiPI- XEL? Consisten en imágenes o fotos digitales diferentes a las que existen hoy en día porque no son constituidas por una franja homogénea, que contiene la misma cantidad de pixeles en todos los lugares de la foto, en vez de eso tienen diferentes franjas las que se quieran, infinitas- con densidades de resolución distinta, es decir algunos sectores pueden tener más pixeles que otras, de ahí el nombre del producto. Finalidad. Para qué sirve este producto? En el mundo de hoy, donde casi toda la comunicación ocurre de forma inalámbrica (vía Wifi, 3G, 4G, etc), el uso eficiente de la memoria y de las franjas de transmisión de datos cobra cada vez más sentido. Entonces pasa que las imágenes ocupan la misma cantidad de pixeles para describir la cara de una persona, lo importante, que los que ocupan para describir el fondo (que puede ser el cielo, una pared o cualquier cosa insignificante). Entonces sería muy útil tener una aplicación para iphone o para Android que fuera capaz de transformar imágenes cualquiera en unas en el formato

23 BiPIXEL que tendrían, por ejemplo, una franja cubriendo la cara de los que aparezcan en la foto, y otra que sería el resto de la foto que tendría menos pixeles ya que no incluyen elementos relevantes para efectos de entender en que consiste la foto, solo son útiles para captar el contexto de la foto (noche, día, en una casa, metro, etc.). Entonces la idea que surge del Topo de nariz estrellada es genial y muy lógica, en resumen es: Para qué concentrarme en cosas que no me interesan? Mejor concentrarme en lo que realmente importa. Un ejemplo de como se vería una foto BiPIXEL.

24 3.- WETCOVER La tercera característica que investigué acerca del Topo de nariz estrellada fue su cubierta anti-humedad. Lamentablemente para mí, existe muy poca investigación y bibliografía acerca de esta característica del Topo, por lo que es difícil saber cómo se podría imitar, pero lo que está muy claro es que es una capa muy impermeable ya que el topo vive en condiciones de mucha humedady que es muy poco espesa a la vista (no es como la piel de oso, o los pelos de los perros que a simple vista son muy gruesos y ocupan considerable espacio). Entonces basándome en estos dos hechos y en el caso hipotético de que obtuviéramos más información sobre la conformación molecular de los pelos del animal, podríamos crear una capa artificial que sería una copia de este pelaje, muy delgado y liviano, anti-agua, muy resistente (ya que el topo se mueve entre túneles de tierra y tiene

25 que tener un pelaje que lo proteja de la fricción que sufre gran parte del día con la tierra), y que podría solucionar muchos problemas cotidianos y no tanto. Algunos ejemplos de aplicaciones del WETCOVER : Abrigos de pelaje sintético anti-agua. Una carpa anti-agua, súper liviana. Como este, existen miles de ejemplos en donde se podría aplicar la tecnología WETCOVER.

26 BIBLIOGRAFÍA: Grosero diversity Web (en inglés), sección Condylura Cristata: Hamilton, W Habits of the star-nosed mole, Condylura cristata. Journal of Mammalogy, 12/4: Información general del animal: Página WEB DISCOVER LIFE : Imágenes de los tentáculos: Artículo científico publicada en la revista The Scientist el 1 de septiembre del 2012 del biólogo Kennedy C. Catania: La desproporción de la corteza cerebral : 6. K.C. Catania, F.E. Remple, Asymptotic prey profitability drives star-nosed moles to the foraging speed limit, Nature, 433:519-22, Características del Topo de Nariz Estrellada: Extrema velocidad: Catania, K.C. (2000). «A star is born». Natural History 109: pp Cita, sobre el encéfalo del animal: Catania, K.C. (1999). «A nose that looks like a hand and acts like an eye: the unusual mechanosensory system of the star-nosed mole». Imagen del topo, en la cuarta página, fuente:

27 Condiciones y habitat del animal: Enciclopedia virtual: de animalia, dirección web directa: NatureServe (Hammerson, G.) Condylura cristata. In: IUCN IUCN Red List of Threatened Species. Version <www.iucnredlist.org>. Downloaded on 29 March Gould, Edwin; McShea, William; Grand, Theodore (1993). "Function of the Star in the Star-Nosed Mole, Condylura cristata". Journal of Mammalogy(American Society of Mammalogists) Pag Gould, Edwin; McShea, William; GrandSource, Theodore (1993). "Function of the Star in the Star-Nosed Mole, Condylura cristata". Journal of Mammalogy Pag

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