El aprendizaje automático revela la mecánica de control de una bisagra de ala de insecto

Área de la Ciencia:

• Biología evolutiva
• Biomecánica
• Fisiología de los insectos

Sus antecedentes:

• El vuelo de los insectos es un factor clave en su éxito evolutivo, que les permite diversificarse en millones de especies.
• El ala del insecto es una estructura novedosa, no evolucionada de las extremidades, unida por una bisagra biomecánica compleja.
• Esta bisagra traduce las oscilaciones musculares en el movimiento del ala, regulado por músculos de control especializados y escleritos.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar la lógica de control mecánico de la bisagra del ala del insecto.
• Para entender cómo la actividad del músculo de dirección influye en el movimiento del ala y las fuerzas aerodinámicas.
• Integrar enfoques multidisciplinarios para un modelo integral de control del vuelo de los insectos.

Principales métodos:

• Imágenes in situ de la actividad del músculo de dirección en las moscas utilizando indicadores de calcio codificados genéticamente.
• Rastreo 3D de alta velocidad del movimiento del ala.
• Aprendizaje automático (red neuronal convolucional y codificador-decodificador) para predecir el movimiento del ala a partir de la actividad muscular y la función esclerótica.
• Cuantificación de la fuerza aerodinámica utilizando una mosca robótica a escala dinámica.
• Simulación basada en la física de las maniobras de vuelo.

Principales resultados:

• Un modelo de aprendizaje automático predice con precisión el movimiento del ala del insecto basado en la actividad del músculo de dirección.
• El estudio identificó el papel de las escleritas individuales en la modulación del movimiento del ala.
• Los experimentos con moscas robóticas cuantificaron los efectos aerodinámicos de la activación del músculo de dirección.
• Las simulaciones que incorporan el modelo de bisagra replican las maniobras de los insectos en vuelo libre.

Conclusiones:

• El estudio revela la intrincada lógica de control mecánico que rige la bisagra de las alas de los insectos.
• Esta investigación proporciona un modelo sofisticado para comprender el vuelo de los insectos, una adaptación evolutiva crucial.
• Los hallazgos destacan la bisagra del ala como una estructura esquelética fundamental y compleja en el mundo natural.