Теперь новая технология, разработанная исследователями из Института биологической инженерии Висса в Гарварде, Джоном А. Школа инженерии и прикладных наук Полсона (SEAS) и колледж Баруха в CUNY предлагают новое решение этой проблемы в виде сверхмягкого подводного захвата, который использует гидравлическое давление, чтобы мягко, но надежно обхватить пальцы, похожие на фетучини, вокруг тела. одиночная медуза, а затем выпустить ее, не причинив вреда. Захват описан в новой статье, опубликованной в Science Robotics.
«Наш ультра-нежный захват является явным улучшением существующих глубоководных устройств для отбора проб желе и других мягкотелых существ, которые в противном случае практически невозможно собрать в целости», – сказала первый автор Нина Синатра, доктор философии.D., бывший аспирант Института Висса, ныне инженер-механик и инженер по материалам в Google. "Эта технология также может быть расширена для улучшения методов подводного анализа и обеспечения возможности всестороннего изучения экологических и генетических особенностей морских организмов, не вынимая их из воды."
Шесть «пальцев» захвата состоят из тонких плоских полосок силикона с полым каналом внутри, прикрепленным к слою гибких, но более жестких полимерных нановолокон. Пальцы прикрепляются к прямоугольной пластиковой «ладони», напечатанной на 3D-принтере, и, когда их каналы заполнены водой, изгибаются в направлении стороны, покрытой нановолокном. Каждый из пальцев оказывает очень слабое давление – около 0.0455 кПа, или менее одной десятой давления века человека на глаз.
Напротив, современные мягкие морские захваты, которые используются для отлова хрупких, но более выносливых животных, чем медузы, дают около 1 кПа.
Исследователи установили свой сверхлегкий захват на специально созданное ручное устройство и проверили его способность захватывать искусственную силиконовую медузу в резервуаре с водой, чтобы определить положение и точность, необходимые для успешного взятия образца, а также оптимальный угол. и скорость, с которой можно поймать медузу. Затем они перешли к настоящему делу в Аквариуме Новой Англии, где с помощью захватов захватили плавающее лунное желе, желе с желе и пятнистое желе размером с мяч для гольфа.
Захвату удалось прижать каждую медузу к ладони устройства, и медуза не могла вырваться из хватки пальцев до тех пор, пока из захвата не было сброшено давление. Медуза не показывала никаких признаков стресса или других побочных эффектов после освобождения, а пальцы могли открываться и закрываться примерно 100 раз, прежде чем проявились признаки износа.
«Морские биологи долгое время ждали инструмента, который воспроизводит мягкость человеческих рук при взаимодействии с хрупкими животными, такими как медузы, из недоступных сред», – сказал соавтор Дэвид Грубер, доктор философии.D., который является профессором биологии и наук об окружающей среде в Колледже Баруха, CUNY и National Geographic Explorer. "Этот захват является частью постоянно растущего мягкого роботизированного набора инструментов, который обещает сделать сбор подводных видов более простым и безопасным, что значительно улучшит темпы и качество исследований животных, которые мало изучены в течение сотен лет, давая нам возможность более полное представление о сложных экосистемах, из которых состоят наши океаны."
Сверхмягкий захват – последнее новшество в использовании мягкой робототехники для отбора проб под водой, постоянное сотрудничество между Грубером и членом факультета основателей Wyss Робом Вудом, доктором философии.D. который создал пробоотборник RAD в стиле оригами и многофункциональные «мягкие пальцы» для сбора разнообразных организмов, которые трудно поймать, включая кальмаров, осьминогов, губок, морских кнутов, кораллов и т. д.
«Мягкая робототехника – идеальное решение давних проблем, подобных этой, в самых разных областях, поскольку она сочетает в себе программируемость и надежность традиционных роботов с беспрецедентной мягкостью благодаря используемым гибким материалам», – сказал Вуд, соучастник – руководитель платформы Bioinspired Soft Robotics Института Висс, профессор инженерных и прикладных наук Чарльз Ривер в SEAS и исследователь National Geographic.
Команда продолжает совершенствовать конструкцию сверхмягкого захвата и стремится провести исследования, которые оценивают физиологическую реакцию медуз на удержание захватом, чтобы более окончательно доказать, что они не вызывают стресса у животных. Вуд и Грубер также являются главными исследователями проекта Океанского института Шмидта «Проектирование будущего» и будут проводить дальнейшие испытания своих подводных роботов в предстоящей экспедиции на борту исследовательского корабля Falkor в 2020 году.
«В Институте Висса мы всегда спрашиваем:« Как мы можем сделать это лучше? »?«Я чрезвычайно впечатлен изобретательностью и нестандартным мышлением, которые Роб Вуд и его команда применили для решения реальной проблемы, которая существует в открытом океане, а не в лаборатории.
Это может помочь значительно продвинуть науку об океане ", – сказал директор-основатель Wyss Institute Дональд Ингбер, штат Массачусетс.D., Ph.D., который также является профессором биологии сосудов Гарвардской медицинской школы, программой сосудистой биологии в Бостонской детской больнице и профессором биоинженерии в SEAS.