Berkeley / Nebraska, 8 de agosto
Las ardillas arbóreas son los buceadores olímpicos del mundo de los roedores, saltando con gracia entre ramas y estructuras muy por encima del suelo. Al igual que con los buceadores humanos, el éxito de una ardilla en esta competencia requiere fuerza física y adaptabilidad mental.
Temas de estudio
- El laboratorio de Jacobs estudia la cognición en ardillas y zorros en libertad en el campus de Berkeley. Dos especies, la ardilla gris oriental (Sciurus carolinensis) y la ardilla zorro (Sciurus niger), prosperan en los paisajes del campus y participan voluntariamente en experimentos de comportamiento. También son maestros de la orientación espacial 2D y 3D, utilizando señales sensoriales para navegar por el espacio.
Un estudio recientemente publicado muestra que las ardillas saltan y aterrizan sin caer al hacer concesiones entre la distancia que tienen que cubrir y la vivacidad de su posición de despegue.
Esta investigación proporciona nuevos conocimientos sobre los roles de la toma de decisiones, el aprendizaje y el comportamiento en entornos desafiantes que compartimos con investigadores en movimiento humano y con ingenieros. Actualmente, ningún robot es tan ágil como una ardilla, y ningún ser humano puede aprender o tomar decisiones sobre tareas dinámicas en entornos complejos, pero nuestra investigación indica los tipos de capacidades que estos robots podrían necesitar.
Pensando sobre la marcha
Si bien la vida de una ardilla puede parecer simple para los observadores humanos (trepar, comer, dormir, repetir), implica habilidades cognitivas finamente afinadas. Las ardillas son esparcidoras de semillas especializadas: cosechan sus suministros invernales de bellotas y bellotas durante seis a ocho semanas en el otoño, enterrando cada grano individual y confiando en la memoria espacial para recuperarlos, a veces meses después.
Las ardillas organizan sus guaridas jerárquicamente. Cuando se les proporcionó cinco tipos de bellotas en orden aleatorio, las ardillas zorro de Berkeley enterraron las nueces en grupos según la especie. Dado que los frutos secos más grandes contienen más calorías, las ardillas invierten más en ellos, llevándolos a lugares más seguros y espaciando sus escondites más lejos.
Los investigadores también descubrieron que una ardilla evalúa el valor de una nuez moviendo su cabeza con la nuez en su boca, al igual que un humano puede levantar un lápiz en su mano para evaluar su peso. Crearon sus mapas de caché en función de factores que incluían la escasez de alimentos en esa temporada, la cantidad de nueces ya almacenadas en caché y el riesgo de que otras ardillas se dieran cuenta de su caché.
Además de los estudios observacionales, los investigadores también evaluaron cómo las ardillas realizan tareas espaciales abstractas. Por ejemplo, midieron qué tan bien pudieron prevenir la impulsividad hacia un sitio de comida recordado, parte de un estudio internacional sobre la evolución del autocontrol. En otro experimento, colocaron ardillas en un laberinto vertical que simulaba las decisiones de ramificación que encuentran al navegar por los árboles para ver cómo regresan a los lugares que recuerdan.
Los investigadores también encontraron que mientras las ardillas estaban resolviendo un rompecabezas de memoria de mesa, su flexibilidad cognitiva alcanzó su punto máximo durante el intenso período de acaparamiento de su suministro de alimentos de invierno. Esto explica por qué las ardillas en Berkeley pueden cambiar más fácilmente entre los tipos de características durante la temporada de carretes.
ir por aire
El nuevo estudio reunió a psicólogos de ardillas y biomecánica comparada para preguntar si la toma de decisiones perceptivas de las ardillas se extiende a cambios dinámicos en el movimiento, el famoso salto de la ardilla. ¿Cómo ven las ardillas las capacidades de su cuerpo y las conjeturas sobre la estabilidad del medio ambiente dan forma a sus decisiones sobre el movimiento?
Robert Foll de PolyPEDAL Lab es conocido por sus estudios que extraen principios de diseño fundamentales a través de experimentos sobre el movimiento en especies con disciplinas únicas de movimiento, desde cangrejos hasta grillos y lagartijas saltarinas.
Los estudiantes de posgrado Nathaniel Hunt, que se formó en biomecánica, y Judy Jane, que se formó en cognición animal, asumieron el desafío de evaluar cómo responde una ardilla saltarina a los cambios repentinos de ubicación y la flexibilidad de las ramas experimentales.
Para estudiar esta cuestión en las ardillas terrestres, diseñaron un muro de escalada magnético que podría instalarse sobre ruedas y transportarse al famoso huerto de eucaliptos de Berkeley para encontrarse con las ardillas en su césped. Trajimos cámaras de alta velocidad y cacahuetes para convencer a las ardillas de que esperaran pacientemente su turno en la pared.
El objetivo era persuadir a las ardillas para que despegaran de una plataforma de lanzamiento flexible unida a la pared de escalada y saltaran a una percha estable que sobresalía de la pared con una recompensa de nueces. Y una vez más, las ardillas nos sorprendieron con sus acrobacias e innovaciones.
Al aumentar el trampolín y la distancia entre este y el objetivo, podemos simular el desafío de una ardilla corriendo a través de las ramas de los árboles que varían en tamaño, forma y flexibilidad. Las ardillas que saltan a través de una brecha deben decidir dónde despegar en función de la compensación entre la flexibilidad de la rama y el tamaño de la brecha.
Descubrieron que las ardillas corrían más lejos a lo largo de una rama sólida, por lo que tenían un salto más corto y más fácil. Por el contrario, solo despegaron unos pocos pasos de las ramas flexibles, arriesgándose a dar un salto más largo.
Usando tres ramas diferentes en flexibilidad, los investigadores adivinaron su posición de despegue asumiendo los mismos riesgos de saltar desde una rama inestable y la distancia del salto. Se equivocaron: su modelo mostró que a las ardillas les importa seis veces más una posición estable de despegue que la distancia que deberían saltar.
Después de eso, hicieron que las ardillas saltaran de una plataforma muy rígida. Luego reemplazaron una plataforma de aspecto idéntico que era tres veces más flexible. A partir del video de alta velocidad, los investigadores calcularon qué tan lejos está el centro del cuerpo de la ardilla de la plataforma de aterrizaje.
Esto les permitió determinar el error de aterrizaje: qué tan lejos del centro del cuerpo de la ardilla desde el asiento de la portería. Las ardillas pronto aprendieron a saltar de la rama muy curva que esperaban sería dura y solo podían caer en cinco intentos.
Cuando subimos aún más la apuesta al subir la altura y aumentar la distancia a la percha de la portería, las ardillas nos sorprendieron.
Inmediatamente adoptaron una nueva solución: parkour, saltar desde un rocódromo para ajustar su velocidad y hacer un buen aterrizaje. Una vez más, los investigadores han descubierto una notable agilidad que permite a las ardillas evitar a los depredadores en uno de los entornos más desafiantes de la naturaleza, el dosel de los árboles.
Millones de personas han visto a las ardillas infestar e invadir los comederos de pájaros «resistentes a las ardillas», ya sea que vivan en sus patios traseros o en documentales y videos virales. Al igual que los buzos olímpicos, las ardillas deben ser física y cognitivamente resistentes para tener éxito, haciendo correcciones rápidas a los errores de vuelo e inventando nuevos movimientos.
Con la financiación que atrajo este proyecto, los investigadores unieron fuerzas con un equipo de robótica, neurocientíficos, científicos de materiales y matemáticos para extraer principios de diseño de los saltos y caídas de la ardilla. El equipo también está buscando información sobre la función cerebral mediante el estudio de la planificación de saltos en ratones de laboratorio.
El análisis de las hazañas notables de las ardillas puede ayudar a comprender cómo ayudar a los humanos con discapacidades para caminar o agarrar. Además, con un equipo interdisciplinario de biólogos e ingenieros, los investigadores están tratando de crear nuevos materiales para los robots más inteligentes y ágiles de la historia, lo que puede ayudar en los esfuerzos de búsqueda y rescate y la detección rápida de peligros ambientales catastróficos, como sustancias tóxicas. liberaciones químicas.
¿Una visión de futuro para sus esfuerzos? Ardillas robóticas de primera respuesta, equipadas con la dureza física y cognitiva y la resistencia de una ardilla en un comedero para pájaros.
(Conversacion)
Escrito por Lucia F. Jacobs, Universidad de California, Berkeley; Nathaniel Hunt, Universidad de Nebraska Omaha y Robert J. Foll, Universidad de California, Berkeley
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