El patio interno del edificio del Departamento de Ingenier\u00eda Mec\u00e1nica de la Escuela Polit\u00e9cnica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (Poli-USP) alberga un jard\u00edn de arbustos. La sombra y el agua fresca del lugar atraen mosquitos y otros insectos. Varios de ellos acaban atrapados en las telara\u00f1as que cuelgan de las ramas y de las esquinas de las paredes del jard\u00edn. \u201cCierto d\u00eda pude observar cuando una mosquita qued\u00f3 pegada en una telara\u00f1a con la ara\u00f1a parada en el centro\u201d, relata Alexandre Kawano, docente del departamento. \u201cLa ara\u00f1a se movi\u00f3 y captur\u00f3 a su presa, r\u00e1pida como un rayo\u201d.<\/p>\n
La admiraci\u00f3n de Kawano por los reflejos de las ara\u00f1as no ha hecho m\u00e1s que crecer desde que en 2017 inici\u00f3 una colaboraci\u00f3n con el ingeniero y matem\u00e1tico Antonino Morassi, de la Universidad de Udine, en Italia, para entender los principios f\u00edsicos fundamentales de la propagaci\u00f3n de las vibraciones en las telara\u00f1as, un asunto que todav\u00eda no se entiende del todo. Morassi y dos ingenieros espa\u00f1oles, Ram\u00f3n Zaera y Alejandro Soler, de la Universidad Carlos III de Madrid, desarrollaron una representaci\u00f3n te\u00f3rica de la mec\u00e1nica de las telara\u00f1as. En un trabajo conjunto con el italiano, el brasile\u00f1o concibi\u00f3 un algoritmo para simular las fuerzas que act\u00faan en las telas. Este trabajo indica que peque\u00f1as vibraciones en los hilos son suficientes para que las ara\u00f1as descubran la ubicaci\u00f3n y el tama\u00f1o de las presas. \u201cNuestros estudios adoptan intervalos de tiempo del orden de 1 milisegundo para que la ara\u00f1a detecte a la presa\u201d, comenta Kawano, quien, con el respaldo de la FAPESP, realiza investigaciones sobre nanoplacas en colaboraci\u00f3n con Morassi. \u201cEs m\u00e1s o menos el tiempo de reacci\u00f3n que hemos medido en nuestros experimentos\u201d.<\/p>\n
A partir de esa representaci\u00f3n te\u00f3rica de la telara\u00f1a, Kawano y Morassi crearon un modelo matem\u00e1tico para explicar c\u00f3mo la ara\u00f1a detecta y captura a sus presas. Las primeras conclusiones de este trabajo se publicaron en diciembre de 2019 en un art\u00edculo en la revista SIAM Journal on Applied Mathematics<\/em>. Desde entonces, Zaera se ha sumado a la investigaci\u00f3n del d\u00fao para validar num\u00e9ricamente los resultados y aportar informaci\u00f3n sobre las telara\u00f1as reales. Recientemente, el equipo ha conseguido que se acepte un art\u00edculo para su publicaci\u00f3n en la edici\u00f3n de abril de la revista Mechanical Systems and Signal Processing<\/em>, en el que intentan explicar c\u00f3mo la falta de rigidez de los soportes que sostienen una telara\u00f1a afecta a la transmisi\u00f3n de informaci\u00f3n sobre las presas.<\/p>\n En estudios previos efectuados por otros grupos de investigaci\u00f3n, explica Kawano, se ha intentado modelar c\u00f3mo se propagar\u00edan las ondas mec\u00e1nicas a trav\u00e9s de la telara\u00f1a, pero siempre eran demasiado simples o excesivamente complicados como para generar conclusiones. La tela de ara\u00f1a, al fin y al cabo, es una red de hilos interconectados que transmiten en todas direcciones las vibraciones provocadas inicialmente solo en algunos de ellos. Los modelos m\u00e1s realistas concebidos en los \u00faltimos a\u00f1os han recreado por computadora la geometr\u00eda exacta de esa trama natural. Los mismos son capaces de reproducir satisfactoriamente el movimiento de los hilos como consecuencia de una r\u00e1faga de viento y de la captura de insectos. Sin embargo, dado que cada configuraci\u00f3n de una telara\u00f1a diferente da lugar a un modelo distinto, estas simulaciones tienen poco valor para entender lo que los ingenieros y matem\u00e1ticos denominan problema inverso. En este tipo de planteos matem\u00e1ticos, los investigadores emplean los registros del efecto de un fen\u00f3meno para procurar descubrir su causa. A partir, por ejemplo, de las mediciones del campo gravitatorio de la Tierra, puede calcularse su densidad.<\/p>\n En el caso de las telara\u00f1as, el problema inverso consiste en determinar la cantidad m\u00ednima de datos que necesita extraer una ara\u00f1a de la estructura mec\u00e1nica de la trama de su tela para obtener, lo m\u00e1s pronto posible, informaci\u00f3n \u00fatil sobre su presa. Ese era el reto que le interesaba tanto a Morassi, estudioso de los modelos matem\u00e1ticos de las estructuras, como a Kawano, experto en la matem\u00e1tica de los problemas inversos. \u201cEl trabajo con las telas de ara\u00f1a nos ha ayudado a entender mejor c\u00f3mo se puede utilizar una m\u00ednima cantidad de informaci\u00f3n para deducir una propiedad general de una estructura\u201d, explica el profesor de la USP. \u201cHemos desarrollado teor\u00edas generales para identificar las fuerzas en estructuras grandes y complejas construidas con placas y vigas, tales como puentes, aviones, barcos y plataformas\u201d.<\/p>\n \u201cLa simulaci\u00f3n del proceso de captura de las presas, cuando se hace en forma rigurosa, genera resultados que podr\u00edan ponerse a prueba emp\u00edricamente\u201d, comenta el bi\u00f3logo Hilton Japyass\u00fa, de la Universidad Federal de Bah\u00eda (UFBA), experto en comportamiento animal. \u201cLos investigadores podr\u00edan ampliar todav\u00eda m\u00e1s esta l\u00ednea de trabajo y estudiar el cambio de postura de la ara\u00f1a cuando tiene hambre, una situaci\u00f3n que la lleva a tensar los hilos radiales en el eje m\u00e1s alargado de la telara\u00f1a\u201d. En 2017, Japyass\u00fa y el bi\u00f3logo Kevin Laland, de la Universidad de St. Andrews, en el Reino Unido, propusieron una teor\u00eda controvertida en referencia a la cognici\u00f3n de las ara\u00f1as tejedoras, en la que aseguran que la telara\u00f1a no es solamente una herramienta de caza. Seg\u00fan ellos, el ar\u00e1cnido percibir\u00eda a la trama de hilos de su tela como una extensi\u00f3n de sus \u00f3rganos sensoriales.<\/p>\n El inter\u00e9s por la relaci\u00f3n entre las ara\u00f1as y sus telas no es algo nuevo. Las observaciones en la naturaleza y los estudios que se han llevado a cabo demuestran que la percepci\u00f3n del mundo de estos artr\u00f3podos depende principalmente de las vibraciones mec\u00e1nicas que captan sus ocho patas. A pesar de tener cuatro pares de ojos, las ara\u00f1as ven mal. Sus sentidos del olfato y del o\u00eddo tambi\u00e9n se consideran deficientes. All\u00e1 por 1880, el f\u00edsico ingl\u00e9s Charles Vernon Boys (1855-1944) ya informaba en la revista Nature<\/em> sobre experimentos en los que tocaba las telas de ara\u00f1a con un peque\u00f1o diapas\u00f3n. Y se dio cuenta de que el sonido producido solo llamaba la atenci\u00f3n del ar\u00e1cnido cuando el peque\u00f1o instrumento met\u00e1lico se colocaba sobre su telara\u00f1a y vibraba en determinadas frecuencias. Las ara\u00f1as incluso llegaron a sujetar el diapas\u00f3n e intentaban com\u00e9rselo. D\u00e9cadas m\u00e1s tarde, experimentos m\u00e1s sofisticados revelaron que las patas de las ara\u00f1as tejedoras poseen \u00f3rganos sensibles a las vibraciones generadas en los hilos de la tela en las frecuencias comprendidas entre los 10 y los 100 hercios.<\/p>\n Proyecto<\/strong> Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nIdentificaci\u00f3n de par\u00e1metros en nanoplacas (n\u00ba 19\/14827-0<\/a>). Modalidad<\/strong> Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigador responsable<\/strong> Alexandre Kawano (USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 34.466,50<\/p>\n
\nKAWANO, A. y MORASSI, A. Detecting a prey in a spider orb web<\/a>. SIAM Journal on Applied Mathematics<\/strong>. v. 79, n. 6. 12 dic. 2019.
\nKAWANO, A. et al.<\/em> The prey\u2019s catching problem in an elastically supported spider orb-web<\/a>. Mechanical Systemsand Signal Processing<\/strong>. v. 151. abr. 2021. En prensa.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un modelo simula c\u00f3mo capta la ara\u00f1a las vibraciones de su trama hilada que le indican la ubicaci\u00f3n de la presa en la misma","protected":false},"author":14,"featured_media":394427,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[1169],"coauthors":[103],"class_list":["post-393457","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-matematica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393457","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=393457"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393457\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":394903,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393457\/revisions\/394903"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/394427"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=393457"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=393457"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=393457"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=393457"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}