Aquest és el secret de la versatilitat de moviments de la trompa dels elefants

La trompa de l’elefant mostra una extraordinària versatilitat de moviments, ja que pot manipular un sol bri d’herba però també transportar càrregues de fins 270 quilograms. Utilitzant tecnologies de captació de moviment desenvolupades per a la indústria cinematogràfica, científics de la Universitat de Ginebra (UNIGE), a Suïssa, han demostrat que els complexos comportaments de la trompa de l’elefant sorgeixen de la combinació d’un conjunt finit de moviments bàsics, com la propagació d’una curvatura cap a dins i la formació de pseudoarticulacions. A més, l’equip suís demostra que la velocitat de la trompa de l’elefant obeeix a una llei matemàtica observada en els moviments de dibuix de la mà humana, segons publiquen a la revista 'Current Biology'.

Els cossos articulats, com l’esquelet humà, estan formats per articulacions en sèrie, la qual cosa limita el nombre de moviments possibles que poden realitzar. Al contrari, la trompa dels elefants és flexible en tota la seua longitud: les contraccions coordinades dels músculs donen lloc a torsions, flexions, allargaments, escurçaments i rigideses, sense cap suport ossi. Aquests canvis de forma depenen del volum constant dels teixits autoportants de la trompa, la qual cosa permet una varietat de moviments molt més gran en comparació amb els apèndixs articulats. Per tant, entendre com l’elefant s’enfronta a aquesta complexitat i aconsegueix controlar el moviment de la seua trompa és un problema desafiador.

Per investigar aquesta qüestió, un equip multidisciplinari dirigit per Michel Milinkovitch, professor del Departament de Genètica i Evolució de la Facultat de Ciències de l’UNIGE i cap de grup de l’Institut Suís de Bioinformàtica SIB, va combinar experiments de comportament i de captura de moviments amb imatges mèdiques d’última generació. En primer lloc, els investigadors van col·locar marcadors reflectors al llarg de les trompes de dos elefants africans adults i van registrar amb gran precisió les seues trajectòries en 3D utilitzant múltiples càmeres d’infrarojos col·locades al voltant de l’escena. Aquesta tecnologia està presa de la indústria cinematogràfica: Gollum a 'El Senyor dels Anells’ o Na'vis a 'Avatar' van prendre vida traslladant a personatges creats digitalment els moviments d’actors que portaven marcadors de captació de moviment.

L’equip suís ha demostrat que els elefants utilitzen un principi de simplificació fonamental: les sofisticades trajectòries de la trompa es componen utilitzant un llenguatge de blocs de construcció cinemàtica. Així, els investigadors van identificar un conjunt d’uns 20 moviments simples bàsics (l’equivalent a les nostres paraules) que són combinats per la trompa per produir un comportament complex específic, de la mateixa manera, que una frase complexa es compon de la combinació de paraules. Els elements que se seleccionen i combinen depenen de la tasca que realitza l’elefant.

"Quan agafa i assegura un objecte per transportar-lo, la trompa exhibeix una flexió localitzada que va des de la seua punta fins les seues parts més basals, mentre que quan l’elefant assoleix un objectiu davant ell, estén i retreu parts específiques de la seua trompa de forma modular", explica Paule Dagenais, investigadora de l’equip de Milinkovitch. La variació dels atributs dels objectes va induir transicions en les estratègies de prehensión corresponents a diferents combinacions dels 20 blocs de construcció. Per exemple, en agafar un disc lleuger de fusta, l’animal utilitza la succió com a força d’elevació. D’altra banda, la succió només s’utilitza per assegurar la posició d’un disc més pesat (metàl·lic) mentre la trompa l’embolica per reforçar l’agafament.

Quan l’objectiu se situa més a un costat, l’estratègia d’abast dels elefants és molt peculiar: la probòscide contínua forma segments rígids connectats per articulacions virtuals, fent momentàniament l’efecte d’un colze i un canell. "A més, descobrim que la velocitat de la trompa en seguir una corba pot predir-se amb precisió en funció de la curvatura local d’aquesta trajectòria; sorprenentment, aquesta relació matemàtica entre la velocitat i la curvatura de la trajectòria també existeix per a la mà humana en dibuixar", continua Michel Milinkovitch.

Finalment, mitjançant l’ús de la més moderna tomografia computarizada (TC), la ressonància magnètica (RM) i el seccionament en sèrie, l’equip suís va caracteritzar l’anatomia de les trompes dels elefants africans i asiàtics amb un detall sense precedents. En analitzar aquestes dades anatòmiques en vista dels resultats conductuals i cinemàtics, els investigadors van poder establir una forta connexió entre el sistema muscular de la trompa i les seues funcions biomecàniques. Tots aquests resultats serviran com a base de desenvolupament d’un nou concepte de manipulació robòtica tova que permetria als robots bioinspirats detectar, assolir, agafar, manipular i alliberar tota una sèrie de càrregues útils i objectes de diverses formes i mides.