Los gusanos se desplazan más rápido por caminos estrechos: una pista para diseñar mejores robots

En principio, parece lógico pensar que disponer de más espacio facilita el desplazamiento. Una carretera ancha parece más cómoda que un camino estrecho, y un pasillo amplio parece permitir una salida más rápida. Sin embargo, para organismos flexibles que se mueven en lugares confinados, como el suelo, las raíces, las rocas o pequeñas grietas inundadas, la amplitud puede convertirse en una distracción.

Según un artículo publicado originalmente en inglés por K. R. Prathyusha, investigadora de la University of Colorado Boulder, los pasadizos estrechos no siempre dificultan el movimiento. En el caso de ciertos gusanos acuáticos, ocurre precisamente lo contrario: avanzan con más rapidez por canales angostos que por otros más amplios.

El resultado cuestiona una intuición bastante extendida.

Un gusano de aspecto sencillo

La investigación se centra en el gusano negro de California, cuyo nombre científico es Lumbriculus variegatus. Se trata de un pequeño animal acuático, de unos pocos centímetros de longitud, que suele formar agrupaciones enmarañadas. Cuando se juntan muchos ejemplares, sus cuerpos largos y flexibles se entrelazan como un ovillo vivo de hilos o fideos en movimiento.

El laboratorio en el que trabaja la autora estudia estos organismos para entender principios físicos que aparecen en los seres vivos. El interés no se limita a observar cómo se comportan los gusanos: también se trata de descubrir reglas generales sobre el movimiento de cuerpos flexibles que generan su propio impulso.

En este caso, el punto de partida fue una pregunta aparentemente simple: ¿cómo cambia el desplazamiento de un gusano cuando debe avanzar por un canal de anchura limitada?

Un modelo antes del experimento

Antes de trabajar con animales reales, el equipo diseñó un modelo informático muy simplificado. No intentaba reproducir todos los aspectos de un gusano, como sus músculos, sistema nervioso o respuestas biológicas. Se concentraba en dos elementos esenciales: una estructura alargada y flexible, y la capacidad de impulsarse hacia delante.

El modelo puede imaginarse como una cadena de pequeñas cuentas conectadas entre sí. Cada una recibiría un empuje diminuto y continuo, de modo que, al combinarse todos esos impulsos, la cadena se dobla, se retuerce y avanza de una manera parecida a la de un gusano.

Los investigadores hicieron que este filamento flexible se desplazara por dos canales con la misma longitud, aproximadamente el doble que la del animal. Uno de ellos era estrecho, con una anchura cercana al diámetro del gusano; el otro era mucho más amplio.

La sorpresa llegó al comparar los resultados: el modelo avanzaba de forma constante más rápido por el canal angosto. En vez de quedar bloqueado o ralentizado por las paredes, parecía beneficiarse de ellas.

El experimento con gusanos reales

El hallazgo podía haber sido un simple efecto del modelo informático. Por eso, el equipo decidió comprobarlo con gusanos negros de California reales.

Los experimentos se realizaron en canales de unos 12 centímetros de largo, aproximadamente el doble de la longitud de un gusano. La anchura de esos canales oscilaba entre uno y ocho milímetros: desde un espacio de unas dos veces el diámetro del animal hasta otro de unas dieciséis veces mayor.

Los resultados confirmaron la predicción de las simulaciones. Los gusanos atravesaron los canales estrechos con más rapidez que los anchos. En las condiciones evaluadas, tardaron casi tres veces más en salir de los pasadizos más amplios.

La coincidencia entre el modelo y el comportamiento de los animales reales refuerza la idea de que no se trata de un detalle accidental. Hay una explicación física relacionada con la manera en que los cuerpos flexibles y autopropulsados interactúan con las paredes que los rodean.

La libertad puede retrasar

Según el artículo, en un canal estrecho el gusano tiene pocas posibilidades de girar hacia los lados. Las paredes lo mantienen, de forma natural, alineado en la dirección de salida. Esto no significa que el animal deje de moverse o de curvar su cuerpo, pero sí que dedica gran parte de su energía a avanzar.

En cambio, cuando entra en un espacio más ancho, el gusano dispone de margen para doblarse, detenerse, cambiar de orientación y explorar lateralmente. Ese comportamiento no es necesariamente negativo desde el punto de vista del animal: explorar puede ser útil para buscar alimento, evitar amenazas o encontrar una ruta alternativa. Sin embargo, si el objetivo concreto es alcanzar la salida lo antes posible, cada giro y cada pausa retrasan el recorrido.

La mayor libertad de movimiento, por tanto, tiene un coste oculto. El canal ancho ofrece más opciones, pero esas opciones hacen que el gusano se distraiga de la dirección principal. El estrecho, en cambio, restringe el movimiento lateral y convierte las paredes en una guía física.

Una diferencia frente al ADN

El estudio resulta especialmente interesante porque contradice lo que suele observarse en otro tipo de filamentos flexibles: las moléculas de ADN.

El ADN es una molécula larga y similar a un hilo que debe atravesar poros muy pequeños, tanto dentro de las células como en tecnologías modernas de secuenciación genética. En estos casos, un espacio más estrecho suele ralentizar el paso, porque la molécula pierde libertad para cambiar de forma y acomodarse dentro del poro.

Los gusanos, sin embargo, no son objetos pasivos. Se contraen, se doblan y generan de manera continua su propio movimiento hacia delante. En física, sistemas de este tipo reciben el nombre de materia activa. Dentro de esa categoría pueden incluirse bacterias que nadan, células que migran, grupos de peces, bandadas de aves y determinados robots que se desplazan por sí mismos.

La diferencia clave es que un filamento pasivo, como el ADN, necesita superar la limitación física de un poro. Un filamento activo, como el cuerpo de un gusano, puede usar las paredes del entorno para mantenerse orientado y convertir su propia propulsión en avance más directo.

De los gusanos a la robótica blanda

El artículo plantea que este descubrimiento podría ser útil para el diseño de robots blandos. Estos dispositivos, construidos con materiales flexibles, buscan imitar la capacidad de organismos como los gusanos para doblarse, avanzar por espacios irregulares y evitar daños al atravesar zonas difíciles.

Habitualmente, la solución intuitiva en ingeniería consiste en despejar el camino y proporcionar el mayor espacio posible. Pero los resultados de este trabajo sugieren que esa estrategia no siempre es la mejor. En determinados contextos, un conducto estrecho puede ayudar a un robot flexible a orientarse, reducir movimientos innecesarios y avanzar con mayor eficacia.

Esta idea podría aplicarse, por ejemplo, a robots diseñados para desplazarse por el interior del cuerpo humano durante procedimientos mínimamente invasivos, para administrar medicamentos en zonas concretas o para inspeccionar tuberías industriales estrechas y de difícil acceso.

La conclusión no es que todos los robots deban circular por pasadizos cada vez más reducidos. La lección es más matizada: el entorno puede formar parte del mecanismo de desplazamiento. Las paredes, los obstáculos y las restricciones no son siempre barreras; en ciertos sistemas pueden proporcionar estabilidad, dirección y velocidad.

El caso de los gusanos negros de California demuestra una vez más que la naturaleza no siempre responde a nuestras intuiciones. A veces, tener menos espacio no significa moverse peor, sino moverse con un propósito más claro.

Los datos fundamentales de este artículo han sido obtenidos del artículo original en inglés de The Conversation, Worms navigate narrow paths faster than wide ones – these findings could inform robot design, por K. R. Prathyusha, investigadora de la University of Colorado Boulder.