Мягкое решение жесткой подводной проблемы

Исследователи превратили свой мягкий манипулятор с тремя пальцами в двух пальцевую версию, увидев, что здесь происходит щепотка на чрезвычайно тонком морском огурце. (Кредит: Институт океана Шмидта)

Мягкий манипулятор с тремя пальцами схватил морской анемон, прикрепленный к скале на твердой подложке. (Кредит: Институт океана Шмидта)

Эта полностью трехмерная версия захватов включает в себя «ногти» на концах пальцев, чтобы помочь подобрать организмы, которые сидят на твердых поверхностях, а также расширять сетки между пальцами, чтобы держать образцы в безопасности. (Кредит: Институт Wyss в Гарвардском университете)

Модифицированная версия захвата с двумя пальцами может выполнять как «захват власти» для хранения больших объектов, так и «захват зажима» для хранения мелких предметов, подобно человеческой руке. (Кредит: Институт Wyss в Гарвардском университете)

Исследователи использовали 3D-принтеры на борту корабля для создания новых версий захватов (оранжевых) на ночь в ответ на отзывы пилотов и биологов ROV. (Кредит: Институт Wyss в Гарвардском университете)

Previous Next

Мягкие захваты могут быть напечатаны на борту кораблей 3D, чтобы безопасно пробовать различные типы морской жизни

Глубокий океан-темный, холодный, под высоким давлением и безвоздушный, как известно, негостеприимен для людей, но он изобилует организмами, которым удается процветать в суровых условиях. Для изучения этих существ требуется специализированное оборудование, смонтированное на транспортных средствах с дистанционным управлением (ROV), которые могут выдерживать эти условия для сбора образцов. Это оборудование, предназначенное в первую очередь для подводной нефтяной и горнодобывающей промышленности, неудобно, дорого и трудно маневрировать с контролем, необходимым для взаимодействия с нежной морской жизнью. Выбор тонкого морского слизня с дна океана этими инструментами сродни попытке сорвать виноград с помощью ножниц для обрезки.

Теперь многопрофильная группа инженеров, морских биологов и роботистов разработала альтернативное устройство для отбора проб, которое является мягким, гибким и настраиваемым, позволяя ученым осторожно захватывать различные типы организмов с моря, не повреждая их, и модификации 3D-печати в устройство на ночь, без необходимости возвращаться в наземную лабораторию. Исследование сообщается в PLOS One .

«Когда вы взаимодействуете с мягкими, нежными подводными существами, это имеет смысл для вашего оборудования для отбора проб также быть мягким и нежным», - сказал соавтор Роб Вуд, доктор философии, член-учредитель Института Wyss, который также профессор технических наук и прикладных наук Чарльз-Ривер в Школе инженеров и прикладных наук Гарварда Джона А. Полсона (SEAS). «Только недавно область мягкой робототехники развилась до такой степени, что мы можем построить роботов, которые могут надежно и безошибочно схватить этих животных».

Устройства «мягкого захвата», разработанные командой, имеют от двух до пяти «пальцев» из полиуретана и других мягких материалов, которые открываются и закрываются с помощью гидравлической насосной системы низкого давления, которая использует морскую воду для управления движением. Сами захваты прикрепляются к деревянному шару, который удерживается и управляется с помощью существующих, жестких инструментов, подобных когтям, управляемых человеческим оператором на судне, к которому привязан ROV.

Команда развернула свою последнюю итерацию мягких захватов в рейсе на борту R / V Falkor в отдаленном охраняемом районе островов Феникс в южной части Тихого океана. Такая изолированная среда означала, что получение новых деталей для захватов было бы почти невозможным, поэтому они принесли два 3D-принтера для создания новых компонентов на лету.

«Быть ​​на корабле в течение месяца означало, что мы должны были сделать все, что нам было нужно, и оказалось, что 3D-принтеры отлично поработали для этого на лодке. У нас они работали почти 24/7, и мы смогли получить отзывы от операторов ROV об их опыте с использованием мягких захватов и сделать новые версии в одночасье для решения любых проблем », - сказал Даниэль Фогт, MS, исследователь-исследователь Wyss Институт, который является первым автором статьи.

Мягкие захваты были способны захватывать морские слизни, кораллы, губки и другие морские организмы намного эффективнее и с меньшим ущербом, чем традиционные инструменты для подводного отбора проб. На основе данных от операторов ROV были напечатаны трехмерные печатные «ногти», которые можно было добавить к пальцам захвата, чтобы помочь им попасть под образцами, которые сидели на твердых поверхностях. Гибкая сетка также была добавлена ​​к каждому пальцу, чтобы сохранить образцы, содержащиеся в руке пальцев. Другая, двухпальцевая версия захватов была также создана на основе знакомства пилотов пилотов ROV с управлением существующими двуручными захватчиками и их просьбой о том, чтобы два пальца могли удерживать образцы как с «щепотным» захватом (для небольших объектов) и «власть» (для больших объектов).

Команда продолжает развивать захват, надеясь добавить датчики, которые могут указывать на оператора ROV, когда захваты вступают в контакт с организмом, «чувствуют», насколько они тверды или мягки, и проводят другие измерения. В конечном счете, их цель состоит в том, чтобы иметь возможность захватывать морских существ в глубоком океане и получать полные физические и генетические данные, не выбирая их из своих родных мест обитания.

«Возможность 3D-печати вариантов этих мягких роботов в течение нескольких часов, чтобы безопасно взаимодействовать с различными типами морской жизни, имеет потенциал для революционизации того, как проводится морская биология», - сказал соавтор автор Дэвид Грубер, доктор философии, который является членом Radcliffe 2017-2018, National Geographic Explorer и профессором биологии и экологии в колледже Барух, CUNY.

«Новые технологии постоянно позволяют нам преодолевать ограничения старых технологий, которые слишком часто просто принимаются в качестве статус-кво и никогда не оспариваются», - сказал основатель Wyss Institute Дональд Инбер, доктор медицины, доктор философии, который также Иуда Фолькман, профессор сосудистой биологии в HMS и программе сосудистой биологии в Бостонской детской больнице, а также профессор биоинженерии в SEAS. «Технологии 3D-печати и мягкой робототехники теперь позволяют проводить процессы проектирования и итерации на месте, а не в лаборатории, что позволяет быстрее, проще и дешевле создавать решения существующих проблем».

К дополнительным авторам статьи относятся Кейтлин Беккер и Мортиз Грауле из Института Висса и Гарвардской SEAS, Бреннан Филлипс, доктор философии. из Университета Род-Айленда, Рэнди Ротьян, Ph.D. из Бостонского университета, Тимоти Шанк, доктор философии. из Океанографического института Вудс-Хола, и Эрик Кордес, доктор философии. из Храмового университета.

Исследование было поддержано Национальной ассоциацией океанографии и атмосферы, Институтом океана Шмидта, Национальным научным фондом, Национальной академией наук, Фондом сохранения PIPA, Научным комитетом PIPA и Институтом Wyss в Гарвардском университете.