安全捕获新的超软机器人夹具水母[视频]

WYSS研究所超软夹具

由威斯研究所和巴鲁奇学院研发的一种新型超软抓手,使用膨胀水的像意大利宽面一样的硅胶“手指”,轻轻地而牢固地抓住水母,然后释放它们而不伤害它们,让科学家们可以安全地在它们的栖息地与这些脆弱的生物互动。信贷:Anand Varma

在凝胶状生物上提供温柔的抓地力,一种新的超软水下夹钳安全地捕获并释放了水母而不会损坏。

水母约95%是水,这使它们成为地球上最透明、最脆弱的动物之一。但剩下的5%已经有了重要的科学发现,比如绿色荧光蛋白(GFP),它现在被科学家广泛用于研究基因表达,以及生命周期的逆转,这可能是对抗衰老的关键。水母很可能隐藏着其他可能改变生命的秘密,但收集它们的困难严重限制了对这种“被遗忘的动物群”的研究。用于海洋生物学家的远程操作潜水器(rov)上的取样工具主要是为海洋石油和天然气行业开发的,比水母更适合抓取和操纵岩石和重型设备,为了捕获它们,通常会将它们撕碎。

现在,哈佛大学威斯生物工程研究所的研究人员开发了一项新技术,约翰·a·保尔森工程与应用科学学院,纽约市立大学巴鲁克学院针对这一问题,该公司提出了一种新颖的解决方案:一种超柔软的水下抓手,利用液压,轻轻地而牢固地将其宽面状的手指缠绕在单个水母上,然后释放它,而不会造成伤害。一篇新发表的论文描述了这种夹持器科学机器人

研究报告的第一作者Nina Sinatra博士说:“与现有的水母和其他软体动物的深海取样设备相比,我们的这种超级温和的抓取器是一种明显的改进,否则几乎不可能完整地收集它们。”Nina Sinatra博士曾是Wyss研究所Robert Wood实验室的研究生。“这项技术还可以扩展到改进水下分析技术,并允许在不将海洋生物从水中取出的情况下,对其生态和遗传特征进行广泛研究。”

尼娜辛纳特拉

第一作者Nina Sinatra,Ph.D.在新英格兰水族馆的水母上测试超软夹具。信贷:Anand Varma

这款手握器的六根“手指”由薄而平的硅胶条组成,内部有一个中空通道,与一层柔韧但更硬的聚合物纳米纤维相连。手指被连接到一个矩形的、3d打印的塑料“手掌”上,当它们的通道充满水时,就会向涂有纳米纤维的一侧弯曲。每根手指所施加的压力极低,约0.0455千帕,不到人类眼睑压力的十分之一。相比之下,目前最先进的软性海洋抓手(用于捕捉比水母更娇嫩但更强壮的动物)的强度约为1千帕。

研究人员安装他们的性质温和爪专门创建的手持设备和测试的能力掌握人造硅胶水母在水箱中,确定所需的精度定位和成功收集样本,以及最佳的角度和速度捕捉水母。然后他们转向了真正的东西新英格兰水族馆在那里,他们用爪子抓取游动的月水母、水母脂和斑点水母,它们都有高尔夫球那么大。

夹具成功地能够将每个水母捕获到装置的手掌上,并且水母无法摆脱手指抓住,直到夹具减压。在被释放后,水母没有任何压力或其他不利影响的迹象,手指能够在显示磨损迹象之前开放和关闭大约100次。

“海洋生物学家已经很长时间等待一个工具,复制人类双手的温柔与微妙的动物,如水母从交互访问环境,”合著者大卫•格鲁伯说博士,谁是巴鲁克学院的生物学和环境科学教授,城市大学和国家地理探险家。yabo124“这爪是一个日益增长的软机器人工具箱,有望使水下物种收集更容易和更安全,这将大大提高速度和质量的研究动物超数百年来,给我们一个更完整的复杂的生态系统构成我们的海洋”。

超软爪的最新创新使用的软机器人水下取样,进行格鲁伯和Wyss合作成立核心教员伍德博士,已经产生了的钢质包装袋RAD取样器和多功能“粘手指”收集生物多样化很难捕捉,包括鱿鱼、章鱼、海绵、海鞭、珊瑚等等。

“软机器人是这样的一个理想的解决长期存在的问题在各种各样的领域,因为它结合了传统机器人的可编程性和健壮性和前所未有的温柔由于灵活的材料,”伍德说,谁是位联席Wyss研究所Bioinspired软机器人平台,查尔斯河海洋工程与应用科学教授,国家地理探险家。

“在怀斯研究所,我们总是在问,‘我们怎样才能把它做得更好?“我对罗布·伍德和他的团队所运用的独创性和创新思维印象深刻,他们已经解决了存在于公海而不是实验室中的现实问题。”这可以帮助极大地推进海洋科学,”Wyss研究所创始主任Donald Ingber医学博士说,他也是犹大民俗学生血管生物学教授yabo124在哈佛医学院,波士顿儿童医院的血管生物学计划,以及海洋的生物工程教授。yabo124

该团队正在继续改进这种超软抓手的设计,目的是进行研究,评估水母被抓手抓住时的生理反应,以更明确地证明它们不会给动物造成压力。伍德和格鲁伯也是施密特海洋研究所“设计未来”项目的联合首席调查员,并将在即将到来的考察船上进一步测试他们的各种水下机器人Falkor在2020年。

该论文的其他作者是克拉克·蒂普尔,丹尼尔·沃格特,硕士,和凯文·基特·帕克,博士,来自威斯研究所和哈佛海洋。Parker是the Wyss Institute的创始核心教员,也是海洋生物工程和应用物理学Tarr Family教授。这项研究得到了美国国家科学基金会、哈佛大学材料研究科学与工程中心、美国国家科学院凯克未来计划和国家地理学会的支持。

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参考:Nina R. Sinatra, Clark B. Teeple, Daniel M. Vogt, Kevin Kit Parker, David F. Gruber, and Robert J. Wood, 2019年8月28日科学机器人
DOI: 10.1126 / scirobotics.aax5425

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