M2 Locomoción Elástica

Tópico

En la carrera y en el trote, el cuerpo rebota sobre los miembros de apoyo como si fuera una masa sostenida por un resorte: la energía potencial y la energía cinética del centro de masa son mínimas a la mitad del apoyo, cuando el resorte está más comprimido, y máximas al principio y al final del apoyo, justo lo opuesto de lo que ocurre al caminar.

Ese comportamiento de resorte se sostiene, en gran medida, en los tendones elásticos de la extremidad —como el tendón de Aquiles o el tendón patelar—, que almacenan energía durante la primera mitad del contacto con el suelo y la devuelven durante la segunda mitad, reduciendo así cuánto trabajo activo deben realizar los músculos en cada zancada. En los mamíferos especializados en este tipo de locomoción, la eficiencia con que estos tendones devuelven la energía que almacenaron llega a estar entre un ochenta y cinco y un noventa y cinco por ciento.

La rigidez con la que se comporta la extremidad de apoyo, es decir, cuánto se comprime ese resorte efectivo bajo una carga dada, es la variable central que controla todo este comportamiento elástico. Al combinar esa rigidez con la longitud de la extremidad, la masa del animal y la gravedad en un único número adimensional, ese número resulta prácticamente el mismo en animales de tamaños muy distintos, siempre que se los compare a la misma velocidad adimensional relativa a su propio tamaño.

A medida que esa velocidad adimensional aumenta lo suficiente, el trote da paso al galope: el galope introduce fases aéreas en las que ningún miembro toca el suelo, y un patrón de apoyo distinto entre las cuatro patas. La transición del trote al galope ocurre, en la mayoría de los mamíferos cuadrúpedos, quedando ese número adimensional dentro de un rango que va aproximadamente de dos a tres.

El ahorro de trabajo muscular activo que logran los tendones elásticos, descrito en el mecanismo anterior, se refleja finalmente en el costo de transporte al correr: la energía que cuesta desplazar cada unidad de masa corporal a lo largo de cada unidad de distancia no es la misma para todos los tamaños corporales, sino que disminuye a medida que aumenta la masa del animal, siguiendo una potencia negativa de la masa corporal de magnitud cercana a un tercio, de modo que los animales grandes resultan, por cada kilogramo de su propio cuerpo, más económicos al correr que los animales pequeños.

Algunos mamíferos, como el guepardo o el canguro, llevan estos tendones elásticos a un extremo particular: sus tendones almacenan y devuelven energía con pérdidas mínimas en cada zancada, funcionando casi como resortes puramente pasivos que asumen buena parte del trabajo mecánico de correr, reduciendo todavía más el trabajo muscular activo que el animal necesita generar en cada zancada.

El sistema resorte-masa que forman juntos la extremidad y el cuerpo, mencionado al comienzo, tiene además una frecuencia de rebote a la que resulta más económico correr: esa frecuencia óptima coincide con la frecuencia de resonancia natural del propio sistema resorte-masa, y correr cerca de esa frecuencia de resonancia es lo que minimiza el gasto energético activo que el animal necesita aportar durante la carrera.

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