Медузы примерно на 95% состоят из воды, что делает их одними из самых прозрачных и нежных животных на планете. Но оставшиеся 5% из них привели к важным научным открытиям, таким как зеленый флуоресцентный белок (GFP), который сейчас широко используется учеными для изучения экспрессии генов, и обращение жизненного цикла, которое может стать ключом к борьбе со старением. Медузы вполне могут таить в себе другие, потенциально изменяющие жизнь секреты, но сложность их сбора сильно ограничивает изучение такой «забытой фауны». Инструменты для отбора проб, доступные морским биологам на дистанционно управляемых транспортных средствах (ROV), были в значительной степени разработаны для морской нефтегазовой промышленности и гораздо лучше подходят для захвата и манипулирования камнями и тяжелым оборудованием, чем желе, часто измельчая их на куски в попытках захватить их.
Теперь новая технология, разработанная исследователями из Гарвардского института биологической инженерии им. форма сверхмягкого подводного захвата, который использует гидравлическое давление, чтобы мягко, но прочно обхватить своими пальцами, похожими на феттучини, одну медузу, а затем отпустить ее, не причиняя вреда. Захват описан в новой статье, опубликованной в Science Robotics.
«Наш сверхмягкий захват - это явное улучшение по сравнению с существующими глубоководными устройствами для отбора проб желейных и других мягкотелых существ, которые иначе почти невозможно собрать целыми», - сказала первый автор Нина Синатра, доктор философии., 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 позволит широко изучать экологические и генетические особенности морских организмов, не вынимая их из воды."
Шесть «пальцев» захвата состоят из тонких плоских полосок силикона с полым каналом внутри, соединенных со слоем гибких, но более жестких полимерных нановолокон. Пальцы прикреплены к прямоугольной пластиковой «ладони», напечатанной на 3D-принтере, и, когда их каналы заполняются водой, скручиваются в направлении стороны, покрытой нановолокнами. Каждый из пальцев оказывает чрезвычайно низкое давление - около 0,0455 кПа, или менее одной десятой давления человеческого века на глаз. Напротив, современные современные мягкие морские захваты, которые используются для захвата хрупких, но более крепких животных, чем медузы, создают усилие около 1 кПа.
Исследователи прикрепили свой сверхмягкий захват к специально созданному ручному устройству 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 в Аквариуме Новой Англии, где использовали захваты для захвата плавающих лунных желе, желейного жира и пятнистых желеев размером с мяч для гольфа.
Захват успешно улавливал каждую медузу на ладони устройства, и медузы не могли вырваться из хватки пальцев, пока давление в захвате не сбрасывалось. У медузы не было никаких признаков стресса или других неблагоприятных последствий после того, как ее выпустили, а пальцы смогли открыться и закрыться примерно 100 раз, прежде чем появились признаки износа.
«Морские биологи давно ждали инструмент, который имитирует мягкость человеческих рук при взаимодействии с нежными животными, такими как медузы, из недоступных сред», - сказал соавтор Дэвид Грубер, доктор философии, который профессор биологии и наук об окружающей среде в Колледже Баруха, CUNY и исследователь National Geographic. «Этот захват является частью постоянно растущего набора мягких роботизированных инструментов, который обещает сделать сбор подводных видов проще и безопаснее, что значительно улучшит скорость и качество исследований животных, которые недостаточно изучались на протяжении сотен лет, давая нам более полную картину сложных экосистем, составляющих наши океаны."
Сверхмягкий захват - это последняя инновация в использовании мягкой робототехники для подводного отбора проб, результат постоянного сотрудничества между Грубером и основателем Wyss Робом Вудом, доктором философии. которая создала вдохновленный оригами пробоотборник RAD и многофункциональные «мягкие пальцы» для сбора разнообразного множества труднодоступных организмов, включая кальмаров, осьминогов, губок, морских кнутов, кораллов и многих других..
«Мягкая робототехника - идеальное решение давних проблем, подобных этой, в самых разных областях, потому что она сочетает в себе программируемость и надежность традиционных роботов с беспрецедентной мягкостью благодаря используемым гибким материалам», - сказал Вуд., который является соруководителем биоинспирированной платформы мягкой робототехники Института Висса, профессором инженерных и прикладных наук Чарльз-Ривер в SEAS и исследователем National Geographic..
Команда продолжает совершенствовать конструкцию сверхмягкого захвата и стремится провести исследования, оценивающие физиологическую реакцию медуз на удерживание захватом, чтобы более определенно доказать, что медузы не вызывают у животных стресса. Вуд и Грубер также являются соруководителями проекта «Проектирование будущего» Института океана им. Шмидта и будут продолжать испытания своих различных подводных роботов в предстоящей экспедиции на борту исследовательского корабля «Фалькор» в 2020 году..
"В Wyss Institute 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. наука об океане», - сказал директор-основатель Института Висс Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии, который также является профессором биологии сосудов Гарвардской медицинской школы, программы биологии сосудов в Бостонской детской больнице и профессором биоинженерии в SEAS.