Pavan Ramdy. Crédito: EPFL/Alain Herzog, CC-by-SA 4.0
Los investigadores del Laboratorio de Neuroingeniería de EPFL, dirigido por Pavan Ramdya, tienen como objetivo replicar el funcionamiento del cerebro de la mosca de la fruta común, Drosophila melanogaster. EPFL habló con Ramdya sobre las emocionantes perspectivas de robótica.
En la pantalla, blanco sobre un fondo negro, una mosca se magnifica miles de veces y camina con calma a través de una superficie esférica sobre sus seis patas. “Mira, en un segundo hará el paseo de la luna”. Estamos en el corazón del Laboratorio de Neuroingeniería EPFL con Pavan Ramdya, Jefe del Laboratorio y un investigador postdoctoral, Maite Azcorra. Brilla pequeños pulsos enfocados de luz láser en la mosca utilizando una técnica conocida como optogenética, que utiliza la luz para activar neuronas específicas. Como si estuviera en el mando, la mosca mueve sus piernas hacia atrás. Y se ve como un baile.
El grupo de investigación de 14 personas de Ramdya ha estado estudiando el sistema nervioso de estos insectos de 2 milímetros de largo desde 2017. “Maite actualmente está estudiando cómo las neuronas que descienden de las funciones motores de control del cerebro”, dice Ramdya. El grupo espera eventualmente innovar el cerebro de la mosca y modelarlo para la robótica.
Un gran paso adelante fue el desarrollo de un gemelo digital que los investigadores pueden usar para simular con precisión los comportamientos de una mosca; Otro fue un avance importante para comprender cómo las redes neuronales convierten las señales cerebrales en movimientos coordinados. EPFL se sentó en la oficina del neurocientífico nacido en Nueva York para hablar sobre su trabajo.
¿Puedes describir la idea general detrás de tu programa de investigación?
Los humanos han estado tratando durante siglos construir máquinas que puedan comportarse como animales o personas. En la antigua Grecia, por ejemplo, las marionetas automatizadas eran bastante comunes: estos eran objetos simples, pero ya eran una forma de biomiméticos, ya que imitaban cómo se movía un cuerpo real. Esa es la misma idea que estamos persiguiendo aquí, excepto que usamos métodos y sistemas mucho más avanzados que realmente pueden biológica animales como la mosca de la fruta.
¿Por qué estás estudiando Drosophila Melanogaster específicamente?
Por supuesto, hay animales más complicados, como los mamíferos, pero son más difíciles de estudiar. Y hay los más simples como C.elegans, un gusano con solo alrededor de 300 neuronas (las moscas tienen alrededor de 100,000 y los humanos tienen aproximadamente 86 mil millones), pero no podemos aprender tanto sobre el comportamiento de ellas. A diferencia de los gusanos, las moscas tienen piernas, y hacen mucho con ellos: caminar, limpiarse, manipular obstáculos y más.
Es mucho más interesante para aplicaciones en robótica y neuroprostética saber cómo funciona una criatura con alas y piernas. Son especímenes perfectos desde esa perspectiva: lo suficientemente simple como para estudiar, pero lo suficientemente complejos como para ofrecer muchas ideas.
En su reciente charla de TEDX, usted dijo que en el futuro robots solían explorar y colonizar los nuevos planetas podría parecerse mucho a estas moscas.
Sí, los robots para la exploración espacial deberán completar numerosas tareas por su cuenta y tomar decisiones de forma autónoma mientras se mueven en entornos hostiles desconocidos. Los ingenieros han estado trabajando para construir tales robots durante décadas, pero por ahora, incluso las máquinas más sofisticadas no tienen ningún lugar cerca de la agilidad de la mosca de la fruta.
Las moscas pueden hacer cosas increíbles. No solo pueden volar, sino que también son extremadamente estables debido a sus seis patas. Pueden moverse en las tres dimensiones mientras realizan otras tareas con sus piernas. ¡Son una gran fuente de inspiración!
Crédito: Escuela Politécnica Federal de Lausana
¿Cómo podría el trabajo que está haciendo influir en el desarrollo de la robótica y la IA?
Muchos ingenieros están trabajando en el lado de hardware de los robots, por ejemplo, baterías y motores. Ese no es nuestro enfoque. Estamos buscando diseñar sus controladores. Con la idea de desarrollar una mosca robótica, nuestro principal punto de interés es comprender cómo puede controlar sus extremidades. Es por eso que estamos estudiando el sistema nervioso de la mosca de la fruta: obtener ideas que nos ayuden a desarrollar redes neuronales que puedan usarse en robótica e IA.
También señalaría que los robots que usan estos controladores no tienen que ser del tamaño de una mosca. Mientras se escala adecuadamente, pueden ser de cualquier tamaño, incluso tan grande como una casa, ¡aunque eso sería un poco aterrador!
Pero su investigación también incluye otros aspectos.
Así es. Una característica única de las moscas es que sus piernas están cubiertas con sensores mecánicos. ¿Cómo usan las moscas toda la información que recopilan para comprender su entorno y detectar objetos a su alrededor? ¿Cómo deciden cuándo levantar una o más piernas sobre los obstáculos?
Esos son los tipos de preguntas que queremos responder. Y para hacer eso, estamos tratando de desarrollar materiales estampados después de la cutícula de mosca con sensores integrados que se pueden usar en robots.
Muchos expertos en robótica y IA han dicho que para crear máquinas realmente capaces de aprender, las máquinas deben tener cuerpos que puedan moverse y explorar su entorno.
Sí, esa es una teoría central de científicos que estudian neurobiología y comportamiento. Y también debería ser una teoría central en la IA, ya que los animales pueden comportarse de manera más flexible que los robots. Los ingenieros que trabajan en el aprendizaje automático a menudo señalan que los bebés humanos constantemente se mueven y tocan las cosas, explorando sus alrededores para aprender sobre el mundo que los rodea.
Este proceso es mucho más efectivo que si les acabara de presentar videos de su entorno. Los sensores que mencioné anteriormente, aquellos en moscas, también sirven a este propósito.
¿Cuáles son actualmente los mayores obstáculos para desarrollar sistemas que pueden aprender explorando su entorno?
Un obstáculo es crear algoritmos que puedan procesar datos sensoriales. Si no pueden contextualizar estos datos, sería muy difícil para las máquinas aprender los comportamientos apropiados. Es importante enfatizar que la solución existe, está oculta en los sistemas nerviosos de los animales. Eso es lo que estamos tratando de descubrir. En lugar de pasar décadas intentando diseñar una solución desde cero, ¿por qué no mirar lo que ya existe en las moscas?
¿Será necesariamente un enfoque más fácil y más rápido?
Lo que probablemente necesitaremos es una combinación de diferentes enfoques. Especialmente porque los animales tienen muchas limitaciones y objetivos que no son relevantes para nuestros propósitos. Por ejemplo, los robots no necesitan poder reproducir o defecar.
Es por eso que también debemos incluir biólogos en nuestro trabajo y no solo ingenieros. Están en mejores condiciones para saber qué partes de un organismo podemos ignorar, como las neuronas utilizadas para evacuar los alimentos, para que los ingenieros no se centren en ellos. Un enfoque interdisciplinario es esencial para el trabajo que estamos haciendo.
¿Es el objetivo de mapear el cerebro humano?
Tendré que darte una respuesta egoísta: para mí, personalmente, ese no es mi objetivo. Tengo alrededor de 40 años más para vivir si tengo suerte, y realmente me gustaría ver grandes avances en mi vida que podrían mostrar cómo funcionan los sistemas biológicos. Eso parece posible con la mosca de la fruta, pero sería mucho más complicado para el cerebro humano.
Tal vez es solo una cuestión de escala: tal vez simplemente necesitamos tomar el cerebro de una mosca y multiplicarlo por un millón. Eso podría darnos algo inteligente y ciertamente sería muy interesante. Pero no estoy seguro de que capturaría la inteligencia humana. No creo que podamos usar exactamente el mismo enfoque para el cerebro humano que para la mosca de la fruta, porque tomaría demasiado tiempo.
¿En qué se diferencia su enfoque de neurociencia del de otros neurocientíficos?
En neurociencia, diría que más del 99% de las personas están trabajando en temas relacionados con la salud y la medicina humana. La mayoría de los estudios que examinan cómo la neurociencia puede informar el tratamiento de una enfermedad, por ejemplo, se llevan a cabo utilizando ratones o ratas, porque son mamíferos como nosotros. Creo que lo que está haciendo nuestro grupo de investigación puede cambiar las perspectivas de las personas de dos maneras.
Primero, observamos la neurociencia no solo en términos de salud humana, sino más bien en cómo se puede aplicar en la robótica para construir máquinas de nuevas maneras. Y en segundo lugar, llamamos la atención sobre la menor fracción de neurocientíficos que estudian insectos.
Debemos tener en cuenta que muchos de los insectos en nuestro planeta están bajo amenaza. Mire las abejas y el papel importante que juegan en la polinización. Es un problema crítico. Las moscas de las frutas no son una especie amenazada, pero pueden proporcionar una idea de las que están, ayudando a apoyar los esfuerzos de conservación. Esto puede alentar a las personas a ver el mundo desde una perspectiva más ecosistémica y apreciar la contribución vital hecha por la biodiversidad.
Proporcionado por Ecole Polytechnique Federal de Lausanne
Cita: Preguntas y respuestas: las moscas de las frutas son una fuente importante de inspiración en robótica (2025, 4 de abril) Recuperado el 4 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-qafruit-flies-major-source.html
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