Изучение иностранцев глубины

Линдси Браунэлл • 28 августа 2018

Авторы: Институт Wyss в Гарвардском университете

Кредит: Исследовательский институт аквариума в заливе Монтерей-Бей (MBARI)

Складываемый многоэлементный пробоотборник позволяет легко захватывать и выделять тонкие подводные организмы

Открытый океан - самая большая и наименее изученная среда на Земле, по оценкам, вмещает до миллиона видов, которые еще не описаны. Однако многие из этих организмов являются мягкими, как медузы, кальмары и осьминоги, и их трудно захватывать для изучения существующими подводными инструментами, которые слишком часто наносят ущерб или уничтожают их. Теперь новое устройство, разработанное исследователями в Институте Wyss Гарвардского университета, Школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) и Институте перспективных исследований Рэдклиффа, безопасно ловушки деликатных морских существ в складном полиэдральном корпусе и позволяет им без вреда используя роман, вдохновленный оригами. Исследование сообщается в Science Robotics.

«Мы приближаемся к этим животным, как к искусству: мы бы вырезали кусочки из Моны Лизы, чтобы изучить ее? Нет, мы бы использовали самые инновационные инструменты. Эти глубоководные организмы, некоторые из которых в возрасте тысячи лет, заслуживают того, чтобы с ними обращались с такой же мягкостью, когда мы с ними общаемся », - говорит сотрудник по сотрудничеству Дэвид Грубер, доктор философии, который является членом Radcliffe 2017-2018 гг. National Geographic Explorer и профессор биологии и экологии в колледже Барух, CUNY.

Идея применения складчатых свойств для подводного отбора проб началась в 2014 году, когда первый автор Чжи Эрн Тео, доктор философии. взял класс от Чак Хобермана, MS, члена факультета Wyss и преподавателя Pierce Anderson в области проектирования в Высшей школе дизайна Гарварда, о создании механизмов складывания с помощью вычислительных средств. «Я собирал микророботы вручную в аспирантуре, что было очень кропотливой и утомительной работой, и я подумал, есть ли способ свернуть плоскую поверхность в трехмерную форму, используя вместо этого мотор», - сказал Тео, бывший Wyss Постдокторант в лаборатории Роберта Вуда, доктор философии, который сейчас является инженером в Купер Перкинс.

В то время один из сотрудников лаборатории Вуда Бреннан Филлипс, доцент кафедры океанической инженерии в Университете Род-Айленда, видел проекты Тео и предложил адаптировать его для захвата морских существ, которые, как известно, захватить существующее подводное оборудование, которое в значительной степени предназначено для грубой работы по добыче и строительству океана.

Устройство, которое Teoh построено, состоит из пяти идентичных 3D-печатных полимерных «лепестков», прикрепленных к ряду вращающихся соединений, которые соединены вместе, чтобы сформировать эшафот. Когда один двигатель применяет крутящий момент до точки, где встречаются лепестки, он заставляет всю структуру вращаться вокруг своих суставов и складываться в полый додекаэдр (например, двенадцатисторонний, почти круглый ящик), заработав его название Ротационный додекаэдр (RAD). Складывание полностью направлено дизайном суставов и формой самих лепестков; другой вход не требуется.

Команда проверила пробник RAD в Mystic Aquarium в Мистике, CT и успешно собрала и выпустила лунную медузу под водой. После внесения изменений в пробоотборник, чтобы он мог выдержать открытые океанские условия, они затем смонтировали его на подводном дистанционно управляемом транспортном средстве (ROV), предоставленном Исследовательским институтом аквариумов Монтерей-Бей (MBARI) в Монтерее, Калифорния, и протестировали его в поле на глубины 500-700 м (1600-2300 футов) с помощью рычага манипулятора ROV и джойстика, управляемого человеком, для управления сэмплером. Команда смогла захватить мягкие организмы, такие как кальмары и медузы в пределах их естественных мест обитания, и освободить их без вреда.

«Конструкция пробоотборника RAD идеально подходит для сложной среды глубокого океана, потому что ее элементы управления очень просты, поэтому есть меньше элементов, которые могут сломаться. Он также модульный, поэтому, если что-то сломается, мы можем просто заменить эту часть и отправить пробоотборник обратно в воду », - сказал Тео. «Этот складной дизайн также хорошо подходит для использования в космосе, который похож на глубокий океан, поскольку он представляет собой низкую гравитационную, негостеприимную среду, которая делает работу любого устройства сложной».

Teoh и Phillips в настоящее время работают над более прочной версией пробоотборника RAD для использования в более тяжелых подводных задачах, таких как морская геология, в то время как Gruber and Wood уделяют особое внимание дальнейшему совершенствованию более деликатных способностей пробоотборника. «Мы хотели бы добавить камеры и датчики в пробоотборник, чтобы в будущем мы могли захватить животное, собрать множество данных о нем, таких как его размер, свойства материала и даже его геном, а затем отпустить его, почти как подводное похищение инопланетян », - сказал Грубер.

«Сотрудничество нашей группы с сообществом морской биологии открыло двери для полетов мягкой робототехники и инженерной инженерии, основанной на оригами, для применения этих технологий для решения проблем в совершенно другой дисциплине, и мы рады видеть, как эта синергия создает новые решения », - сказал Вуд, который является основателем основополагающего факультета Института Wyss, профессором инженерии и прикладных наук Чарльза в SEAS, а также National Geographic Explorer.

«Сотрудничество по дисциплинам является определяющей чертой Института Wyss, и эта работа иллюстрирует, как появятся новые инновации, когда ученые из самых разных областей начнут общаться друг с другом», - сказал дон Ингбер, доктор медицинских наук, доктор философии, основатель Институт Wyss, который также является профессором сосудистой биологии Иудеи в Гарвардской медицинской школе и Программой сосудистой биологии в Бостонской детской больнице, а также профессором биоинженерии в SEAS.

В настоящее время Филлипс является ассистентом профессора океанической инженерии в Университете Род-Айленда. Среди других авторов статьи - Кейтлин Беккер, Гриффин Уиттредж и Джеймс Уивер, доктор философии. от Института Wyss и SEAS.

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом и Национальной академией наук.

категории: морская наука, наблюдения за океаном, технологии, экологическая