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Pareja de tortugas

Las ventajas que buscamos con un nuevo diseño a menudo generan ciertos inconvenientes, que también hay que resolver.

Me interesan los conceptos de chasis y carrocería o estructura interna y carcasa. En nuestro mundo tecnológico muy a menudo los aparatos tienen uno y otro, a veces por necesidad, a menudo por comodidad mental. La carcasa está relacionada con la función de interfaz.

Es muy interesante observar qué formas genera la naturaleza. En general los animales siguen dos modelos, los que están dotados de exoesqueleto y los que no lo tienen, pero están sustentados por un esqueleto propiamente dicho. Tanto unos como otros tienen muchas variantes que un día repasaré sistemáticamente. También hay animales que carecen de uno y otro. Hoy escribo sobre animales que tienen ambos, las tortugas.

Un extremo de lo que se puede hacer con apéndices duros que genera la piel es la tortuga, en la que placas (que están emparentadas con uñas, picos, cascos, escamas o cuernos) se funden y  producen una caja que es capaz de encerrar el cuerpo completo del animal, cuando éste lo requiere.

En los quelonios la necesidad ha llevado a que las escamas se desarrollaran en forma de escudos o placas de queratina que se fundieron en un caparazón duro.

untitled-142339551E9395DF622 El esqueleto interno óseo (de carbonato cálcico) se modificó soldándose con éste caparazón. Se produjeron otras adaptaciones, además de la capacidad de introducir los apéndices (cabeza y extremidades) dentro del capárazon,120249-1200x630

Esqueleto de tortuga

Esqueleto de tortuga mostrando el esquema del plegado

la más asombrosa de las cuales es la migración de la clavícula y el homoplato al interior de la caja torácica. Ésta permanece abierta, dejando la función de cubrir la parte inferior del animal al escudo inferior (peto o plastrón). En la práctica el exterior es el nuevo esqueleto del tórax y abdomen, mientras que cabeza, cuello y patas conservan su estructura de reptiles. Las uniones no son sencillas y el elaborado diseño genético del desarrollo embrionario de estos seres demuestra lo que da de sí el código genético.

Comparación del corte de una tortuga y un pollo.

 

Comparación del esqueleto de la tortuga con el humano.

Odontochelys

Esquema de la evolución en tortugas primitivas

 

 

Desde el punto de vista del diseño nos interesan varias cosas. Tener un esqueleto interior y otro exterior es una duplicidad innecesaria y un gasto de recursos que la naturaleza no se permite. Así los quelonios han perdido una parte del esqueleto interno, dejando unas costillas planas que no se llegan realmente a soldar en el pecho. Al revés, se vuelven planas y se unen de un modo flexible con las placas de la espalda, dado que la piel, que permenece entre ambos esqueletos, se vuelve un complejo órgano de relación que permite que unas partes y otras crezcan de modo diferente pero armonioso, y lo que es más importante, sólido.

Todas estas transformaciones no requieren dolorosas cirugías para el animal, dado que se producen en el desarrollo embrionario, cuando aún es un delicado embrión dentro de su huevo. En las primeras etapas de crecimiento tampoco los esqueletos han alcanzado su completa rigidez.

Los ciclos carrozados tienen en general ambos esqueletos, una carcasa y una estructura interna. Muchos objetos tecnológicos tienen también una carcasa con función más o menos estructural y un esqueleto interno rígido para soportar sus componentes: se nos vienen a la cabeza los ordenadores, casi todos los teléfonos móviles y otros periféricos como las impresoras. En general el reparto de trabajo en el que el diseñador está alejado del ingeniero (aunque sólo sea mentalmente) o los procesos de diseño implican poca o nula revisión hace que a menudo carcasas y estructuras estén poco imbricadas, generando duplicidades y sobrepesos.

Desmontar un teléfono inteligente nos da pistas sobre cuán inteligente fue su proceso de diseño, y cuánto diseño real hay en él.

En el mundo del automóvil por ejemplo el chásis ha desaparecido, convirtiéndose en un concepto formal, las plataformas (las dimensiones para que los componentes puedan ser compartidos por varias carrocerías). Como en el mundo aeronáutico y en ciertos trenes avanzados como el TALGO, la carrocería se ha hecho portante, e incluso se toman en cuenta la rigidez de componentes frágiles como las ventanas y parabrisas. En el mundo de la electrónica de consumo o los electrodomésticos esta forma de trabajar es rara, pero debería ser la que se impusiera por economía.

 

 

 

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Wubbo Ockels SuperbusNo soy partidario de desechar una idea sin haberla examinado. Pero hay ideas que no resisten un examen mínimo, y que no deberían pasar de unos dibujos o una maqueta.

El antiguo astronauta e ingeniero holandés Wubbo Ockels ha probado qué pasaría si hacemos la simple mezcla de dos conceptos, ‘súpercar‘ y autobús. El resultado obvio ya estaba circulando por ahí, y como en los aviones de pasajeros de súperlujo consistía en tomar lo mejor de la industria del transporte colectivo y rellenarlo de lujo. Obvio, pero eficaz.

Wobbo Ockels ha tomado un camino inverso, reformar un súpercoche para que quepan más de dos. El resultado es este crustáceo (dicho con respeto y cariño hacia todos los crustáceos).

El resultado es el previsible, un mostruo. Abajo tenéis las imágenes. Es difícil definir con palabras.

Lo primero, un conductor profesional se enfrentaría a un reto, el de mover un vehículo extra largo, perdiendo la referencia que da estar a más de dos metros del suelo, como en los autobuses convencionales. Puede circular por calles anchas, pero no las de los centros de la mayoría de las ciudades europeas. Y un tráfico normal empieza a ser una tarea realmente difícil, es complicado imaginarlo en Madrid, no quiero pensar en circular por Roma.

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Superbús de Wubbo Ockels

El consumidor puede tener un punto de vista algo más complejo. El comprador no va a utilizarlo, salvo para llevar un harén. El cliente exclusivo quiere un coche de cuatro plazas, más el chófer delante, o de dos plazas sin sitio para más. De modo que seguramente el cliente real será distinto del usuario, lo comprará el empresario de turismo para dar una ‘experiencia’ a clientes que, si no va en el paquete, no pagarían por ella. Por ejemplo, el traslado de un equipo deportivo, o de un equipo empresarial, desde un aeropuerto a un hotel.

Por lo demás, simple exceso. Ni siquiera admite la modularidad, así que cada una de sus puertas y ventanillas es diferente.

El interior permite cierta flexibilidad de la distribución, pero no cuenta con virtudes de los autobuses más lujosos como el aseo y el pasillo; o algo tan obvio como espacio extra para equipajes. Un autobús será siempre un autobús.

En fin, un crustáceo nuevo en la carretera, y un procedimiento de diseño que produce más problemas de los que soluciona.

La galera (Squilla mantis) es un crustáceo del orden de los Stomatopoda, presente en la costa oriental del Atlántico desde la bahía de Cádiz hasta el sur de África, y en toda la costa del Mediterráneo. Se come, y por lo visto está buena. Pero no está aquí por eso.

Ni por bonita, evidentemente. Encontré la galera buscando animales que cavan su nido en el suelo marino. Luego tiene otros encantos, y su familia (los stomatopoda, o que tienen patas en la boca) está llena de primos raros. Se les suele llamar “gambas mantis”, porque un par de sus patas delanteras tienen un aspecto parecido al del insecto, y porque son carnívoros muy agresivos; las patas en forma de “peine” son arpones. Algunos de estos crustáceos las usan como nuestra Galera; otros usos la mar de exóticos los veremos después.

Buscaba esta clase de bichos porque me interesaba ver qué morfología adopta un animal que hace un túnel en fondos marinos, para uno de mis proyectos. Me resultó curioso que cuando uno piensa en los “topos” o máquinas que cavan túneles, piensa en un gran escudo rotatorio en el extremo de una maquinaria más bien cilíndrica; pero en la naturaleza los animales prefieren un escudo superior (el propio topo no lo tiene siquiera), y alguna clase de pata cavadora que envía la tierra por debajo del cuerpo, desde donde las patas traseras (el topo tiene dos, la galera seis pares) empujan la tierra detrás. El cuerpo está segmentado o es lo bastante flexible para volverse dentro de los estrechos túneles que cavan. Y finalmente toda clase de sensores se localizan en la parte delantera, expuestos directamente al terreno que se va excavando. Los Stomatopoda son especialistas en sensores.

En la Squilla mantis además el caparazón, que no es muy duro porque no es la parte del animal más expuesta a un ataque, sí resulta en cambio lo bastante rígido por su diseño corrugado, y las espinas que hacen de tope de la unión de cada segmento. Difícil de comer.

De la Wikipedia. Aquí se observan bien el lomo estriado de su caparazón blando, el modelado de las extremidades según su función y cómo las ‘patas’ abdominales (pereiópodos) quedan ocultas debajo del caparazón

Tubo corrugado "forroplás".

El tubo forrado llamado “forroplás” lleva el corrugado típico de los tubos de conducción eléctrica, más otro longitudinal. Véase la convergencia de formas

Stomatopoda

Todos los Stomatopoda viven en un agujero en el suelo, pero no todos cavan, al menos principalmente. Luego se asoman desde su cueva y son unos peligrosos y voraces carnívoros. No admiten vecinos, ni de su propia especie, atacan a todo lo que pasa. La parte tierna es que se suelen emparejar durante largo tiempo. En Australia los submarinistas los apodan “rompepulgares”: los de mares tropicales utilizan su garra de mantis como una peligrosa porra, que pueden proyectar a 102,000 m/s2 y velocidades de 23 m/s, desarrollando una fuerza de 1500 Newton (informa la doctora Sheila Patek de la University of Massachussets Amherst). Ved el artículo Stomatopoda en la Wikipedia, o este divertido video que anda por Youtube.

La Odontodactylus scillarus vive en todo el Índico y Pacífico sur. Cava como nuestra galera, y tiene como particularidad que proyecta sus garras como ningún animal vivo, produciendo burbujas de cavitación que al colapsar emiten luz (se produce un plasma en los electrones encerrados en esa microcavidades. Vaya bicho.

Odontodactylus scyllarus

Odontodactylus scyllarus

Los ojos compuestos de todos estos crustáceos, en particular los de mares tropicales, tienen hasta doce receptores del color (nosotros tenemos tres), y son capaces de ver desde infrarrojo a ultravioleta, y hasta seis tipos de luz polarizada.

Cada punto negro forma una imagen, con lo que con su par de ojos la galera ve tres imágenes en tres dimensiones, o seis sin profundidad. Con la luz polarizada probablemente calcula dónde anda la luna, el espesor de la capa de agua y hasta las diferencias de temperaturas de sus corrientes.

Se clasifican según la garra que gasten. Tanto las que la tienen en forma de arpón como las que la tienen como una maza tienen un complejo mecanismo de resorte para proyectarlas. El extremo en martillo además se está estudiando por su resistencia a los golpes, que proviene de su forma estructural en varias escalas y de la combinación de materiales, todos naturales, claro. Aquí algunos gráficos; el primero, sobre la diferencia morfológica en los dos tipos de garra; el segundo, un esquema del músculo que general tensión y del mecanismo que la almacena;

En este artículo de DiscoverMagazine.com (“Cómo la gamba mantis da puñetazos ‘revientarmaduras’ sin romperse los puños”) muestra las complejas estructuras de la maza, tanto macro como microscópicas:

Abajo se ve cómo se disponen en helicoidal las fibras de quitina rellenas de minerales. La idea es controlar la difusión de las grietas, en lugar de tratar de evitar que se formen. Esta estructura se encuentra también en su caparazón, que tiene que resistir las cariñosas peleas entre rivales de la misma especie. A los tres meses la galera muda, y como nueva.

Ni que decir tiene que estos bichos, que se comen y decoran los acuarios, están siendo muy estudiados.

Algunos enlaces (muchos en Inglés):

Con Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Stomatopoda

La gamba mantis, el predador perfecto: http://pensivetoaster.com/2013/05/17/153/

Mecánica del ataque de un predador emboscado: el arponazo de la gamba mantis: http://jeb.biologists.org/content/215/24/4374/F1.expansion.html  Trae un PPS para profesores.

Éste requiere suscribirse a Science: http://www.sciencemag.org/content/336/6086/1275.full

Arthropoda, ‘Bioarmadura de la gamba mantis’: http://arthropoda.southernfriedscience.com/?p=3558  Ilustra sobre la lucha ritual en la que ‘se miden’ dos individuos, el ‘telson’ del caparazón está preparado para los golpes de la garra/maza. Muy sangriento.

Arthropoda, ‘Por qué los estomatópodos son increíbles, I: superfuerza’: http://arthropoda.southernfriedscience.com/?p=801 Trae la imagen de alta velocidad de una galera golpeando un sensor, incluyendo la medida de la fuerza del golpe.

Para estudiantes: https://student.societyforscience.org/article/shrimp-packs-punch

Página de Sheila Patek, el sitio donde encontrar todohttp://www.thepateklab.org/users/sheila-patek

“Por qué la gamba mantis es ahora mi animal favorito.  http://theoatmeal.com/comics/mantis_shrimp  Muy divertido.