Vuelo de insectos: La capacidad de estabilización de la mosca de fruta.

Por J. Jimenez

Cuando nos  movemos a través de ambientes naturales requerimos de mecanismos que nos permitan el mantener estabilidad motriz en caso de variaciones impredecibles. En insectos voladores, las técnicas aplicadas en el andar de sus recorridos juegan un papel importante en el control del vuelo. La mosca, este insecto de dos alas y 4-10 mm de longitud, posee unas habilidades de vuelo increíbles. Cuando se encuentra en vuelo no es nada fácil alterar su trayectoria hacia su presa (sea fruta ó humanos), situación que cualquiera de nosotros habrá enfrentado alguna vez en la interminable batalla Hombre vs. Mosca. La insistencia de las moscas puede ser molesta, pero su habilidad para mantener un vuelo estable, aun en la presencia de interferencias, es impresionante.

Ristroph [1] y colegas han estudiado en detalle como las moscas de fruta se recuperan de perturbaciones durante el vuelo y proponen un mecanismo que explica la auto-estabilización que utilizan.

En sus experimentos Ristroph y colegas trazaron gráficamente el vuelo libre de la mosca de fruta (Drosophila melanogaster) utilizando un arreglo ortogonal de cámaras de alta velocidad (8000 imágenes/segundo)., ver Fig. 1. Se fijo a la mosca utilizando cables de carbón y acero de 1.5 mm pegados a su espalda con el fin de controlar de manera adecuada las perturbaciones durante su vuelo.

 Fig.1 Reconstrucción tridimensional de la recuperación de maniobra. 

Cuando la mosca entra a la sección de prueba, un disparador óptico detecta al insecto iniciando la grabación y activa un par de rollos de Helmholtz que producen un campo magnético. El campo y el alambre de acero están orientados horizontalmente, por lo que el torque que resulta sobre el alambre re-orienta el ángulo de viraje del insecto. Además, se usa un sistema de seguimiento de trayectoria para extraer la geometría tridimensional y los movimientos del ala. Los videos y datos obtenidos revelan que los insectos reaccionan a las perturbaciones mecánicas tratando de corregir su camino, y que esta reacción depende de la fuerza de la perturbación, ver Fig.2. Para perturbaciones que causaron deflexiones alrededor de los 45 grados, los insectos se recuperaron rápidamente. Típicamente regresaban a su trayectoria original dentro de menos de 60 milisegundos. Cuando se llevo más allá de los 45 grados, las moscas podían regresar, pero de manera menos precisa. Las moscas contrarrestan la rotación impuesta generando un torque aerodinámico al ajustar el ángulo del ala.

 Fig. 2. (A) Movimiento de cuerpo y ala para un caso de corrección correcta. (B) Angulo de guiñada en función del tiempo medido en periodos de alabeo. (C) Diferencia del ángulo de ataque, experimental contra modelo de control proporcional-derivativo.

Estas investigaciones revelan que existe un mecanismo de auto-estabilización en el cual se usan cambios finos de la orientación del ala. Esto podría significar que mucho de la capacidad del vuelo de la mosca esta en función de la fortaleza y elasticidad de sus alas, con ello se reduce la necesidad de comando y control por su sistema nervioso. Esto es lo que se le llamaría un sistema de control “pasivo”.

Referencia:

[1] Ristroph L., Bergou A. J., Ristroph G., Coumes, K., Gordon, J. , Guckenheimer Z., Wang, J. Cohen, I., Discovering the flight autostabilizer of fruit flies by inducing aerial stumbles, PNAS, vol. 107, N. 11, March 2010, pp. 4820-4824. 

Video (Vuelo):

Flies "swim" when they're flying from Science News on Vimeo.