Μελετώντας αλλοδαπούς του βαθιού

Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ

Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ

Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ

Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ

Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ

Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ

Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ

Πίστωση: Ινστιτούτο Έρευνας Ενυδρείου Monterey Bay (MBARI)

Previous Next

Ο διπλός δειγματολήπτης πολλαπλών δειγμάτων επιτρέπει την εύκολη σύλληψη και απελευθέρωση ευαίσθητων υποβρύχιων οργανισμών

Ο ανοικτός ωκεανός είναι το μεγαλύτερο και λιγότερο διερευνημένο περιβάλλον στη Γη, το οποίο εκτιμάται ότι θα ανέρχεται σε ένα εκατομμύριο είδη που δεν έχουν ακόμη περιγραφεί. Ωστόσο, πολλοί από αυτούς τους οργανισμούς είναι μαλακοί με μέδουσες, καλαμάρια και χταπόδια - και είναι δύσκολο να συλληφθούν για μελέτη με υπάρχοντα υποβρύχια εργαλεία, τα οποία πολύ συχνά τα βλάπτουν ή τα καταστρέφουν. Τώρα, μια νέα συσκευή που αναπτύχθηκε από ερευνητές του Ινστιτούτου Wyss του Πανεπιστημίου του Harvard, από τη Σχολή Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών του John A. Paulson και από το Ινστιτούτο Αναλυτικών Μελετών Radcliffe, ασφαλώς παγιδεύει τα ευαίσθητα θαλάσσια πλάσματα μέσα σε ένα πτυσσόμενο πολυεδρικό περίβλημα και τους αφήνει να πάνε χωρίς βλάβη χρησιμοποιώντας ένα νέο, εμπνευσμένο από το origami σχεδιασμό. Η έρευνα αναφέρεται στο Science Robotics.

"Προσέγγιζαν αυτά τα ζώα σαν να είναι έργα τέχνης: θα μπορούσαμε να κόψουμε κομμάτια από τη Mona Lisa για να το μελετήσουμε; Όχι, θα χρησιμοποιούσαμε τα πιο καινοτόμα διαθέσιμα εργαλεία. Αυτοί οι οργανισμοί βαθέων υδάτων, μερικοί χιλιάδες χρόνια, αξίζουν να αντιμετωπίζονται με παρόμοια ευγένεια όταν αλληλεπιδράμε μαζί τους ", δήλωσε ο συνεργαζόμενος συγγραφέας David Gruber, Ph.D., ο οποίος είναι 2017-2018 Radcliffe Fellow, National Geographic Explorer, και Καθηγητής Βιολογίας και Περιβαλλοντικής Επιστήμης στο Baruch College, CUNY.

Η ιδέα να εφαρμοστούν πτυσσόμενες ιδιότητες στην υποβρύχια συλλογή δειγμάτων ξεκίνησε το 2014, όταν ο πρώτος συγγραφέας Zhi Ern Teoh, Ph.D. πήρε μια τάξη από τον Chuck Hoberman, MS, έναν μέλος της Σχολής Wyss Associate και τον Pierce Anderson, Λέκτορα Μηχανικών Σχεδίασης στο Graduate School of Design του Harvard, για τη δημιουργία μηχανισμών αναδίπλωσης μέσω υπολογιστικών μέσων. «Κτίζω microrobots με το χέρι στο μεταπτυχιακό σχολείο, το οποίο ήταν πολύ επίπονο και κουραστικό έργο και αναρωτήθηκα αν υπήρχε ένας τρόπος για να διπλώσω μια επίπεδη επιφάνεια σε ένα τρισδιάστατο σχήμα χρησιμοποιώντας έναν κινητήρα αντί», δήλωσε ο Teoh, ένας πρώην Wyss Μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Robert Wood, Ph.D., ο οποίος είναι τώρα μηχανικός στο Cooper Perkins.

Ένας συνεργάτης του εργαστηρίου του Wood, τότε, ο Brennan Phillips, Ph.D., τώρα Επίκουρος Καθηγητής Ωκεανικών Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο της Ρόουντ Άιλαντ, είδε τα σχέδια του Teoh και πρότεινε να προσαρμοστεί για να συλλάβει τα θαλάσσια πλάσματα, τα οποία είναι γνωστά δύσκολα αρπάξτε με υπάρχοντα υποβρύχιο εξοπλισμό που έχει σχεδιαστεί σε μεγάλο βαθμό για την τραχιά εργασία της εξόρυξης και της κατασκευής των ωκεανών.

Η συσκευή που κατασκευάστηκε Teoh αποτελείται από πέντε όμοια τρισδιάστατα "πετάλια" πολυμερούς που είναι προσαρτημένα σε μια σειρά περιστρεφόμενων αρμών που συνδέονται μαζί για να σχηματίσουν ένα ικρίωμα. Όταν ένας μοτέρ εφαρμόζει μια ροπή στρέψης μέχρι το σημείο που συναντούν τα πέταλα, προκαλεί την περιστροφή ολόκληρης της δομής γύρω από τις αρθρώσεις της και την αναδίπλωση σε ένα κοίλο δωδεκαέδριο (όπως ένα δωδεκαετές, σχεδόν στρογγυλό κουτί), κερδίζοντας το όνομα Περιστροφικός ενεργοποιημένος δωδεκαέδρος (RAD). Η αναδίπλωση κατευθύνεται εξ ολοκλήρου από το σχεδιασμό των αρμών και από το σχήμα των ίδιων των πετάλων. δεν απαιτείται άλλη είσοδος.

Η ομάδα εξέτασε τον δειγματολήπτη RAD στο Mystic Aquarium στο Mystic, CT και συγκέντρωσε και απελευθέρωσε με επιτυχία υποβρύχια φουσκάλες φεγγαριού. Αφού έκαναν τροποποιήσεις στον δειγματολήπτη έτσι ώστε να μπορεί να αντέξει τις ανοιχτές συνθήκες των ωκεανών, το έβαλαν στη συνέχεια σε ένα υποβρύχιο εξ αποστάσεως τηλεκατευθυνόμενο όχημα (ROV) που παρέχεται από το Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) στο Monterey, CA και το έδειξε στο πεδίο βάθη 500-700 m (1.600-2.300 ft) χρησιμοποιώντας τον βραχίονα χειριστή ROV και χειριστήριο με χειρισμó χειριστή για χειρισμó του δειγματολήπτη. Η ομάδα κατάφερε να συλλάβει τους μαλακούς οργανισμούς όπως τα καλαμάρια και τις μέδουσες μέσα στα φυσικά τους οικότοπα και να τα απελευθερώσει χωρίς βλάβη.

"Ο σχεδιασμός δειγματολήπτη RAD είναι ιδανικός για το δύσκολο περιβάλλον του βαθιού ωκεανού, επειδή τα χειριστήρια του είναι πολύ απλά, έτσι υπάρχουν λιγότερα στοιχεία που μπορούν να σπάσουν. Είναι επίσης αρθρωτό, οπότε αν κάτι σπάσει, μπορούμε απλά να το αντικαταστήσουμε και να στείλουμε τον δειγματολήπτη πίσω στο νερό ", δήλωσε ο Teoh. "Αυτός ο σχεδιασμός αναδίπλωσης είναι επίσης κατάλληλος για χρήση στο διάστημα, ο οποίος είναι παρόμοιος με τον βαθύ ωκεανό, καθώς είναι ένα περιβάλλον με χαμηλή βαρύτητα, αφιλόξενο που καθιστά την λειτουργία οποιασδήποτε συσκευής προκλητική".

Οι Teoh και Phillips εργάζονται αυτήν την περίοδο σε μια πιο τραχιά εκδοχή του δειγματολήπτη RAD για χρήση σε βαρύτερα υποβρύχια καθήκοντα, όπως η θαλάσσια γεωλογία, ενώ η Gruber and Wood επικεντρώνεται στην περαιτέρω βελτίωση των πιο ευαίσθητων δυνατοτήτων του δειγματολήπτη. "Θα θέλαμε να προσθέσουμε κάμερες και αισθητήρες στον δειγματολήπτη έτσι ώστε, στο μέλλον, να μπορούμε να συλλάβουμε ένα ζώο, να συλλέξουμε πολλά στοιχεία γι 'αυτό, όπως το μέγεθός του, τις ιδιότητες του υλικού και ακόμη και το γονιδίωμα του και στη συνέχεια να το αφήσουμε να φύγει, σχεδόν σαν μια υποβρύχια απαγωγή εξωγήινων ", δήλωσε ο Gruber.

"Η συνεργασία της ομάδας μας με την κοινότητα της θαλάσσιας βιολογίας άνοιξε την πόρτα για τα πεδία της μαλακής ρομποτικής και της αρχιτεκτονικής που εμπνέει αρχιτεκτονική για να εφαρμόσει αυτές τις τεχνολογίες για την επίλυση προβλημάτων σε έναν εντελώς διαφορετικό κλάδο και είμαστε ενθουσιασμένοι που βλέπουμε τους τρόπους με τους οποίους δημιουργεί αυτή η συνέργεια καινοτόμες λύσεις ", δήλωσε ο Wood, ο οποίος είναι μέλος του Ιδρύματος Wyss Institute, ο Καθηγητής Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών Charles River του SEAS, καθώς και ένας National Geographic Explorer.

"Η συνεργασία μεταξύ των κλάδων είναι ένα καθοριστικό χαρακτηριστικό του Ινστιτούτου Wyss και αυτή η εργασία αποτελεί παράδειγμα για το πώς μπορούν να προκύψουν νέες καινοτομίες όταν επιστήμονες από πολύ διαφορετικούς τομείς αρχίζουν να επικοινωνούν μεταξύ τους", δήλωσε ο Don Ingber, MD, Ph.D., το Ινστιτούτο Wyss που είναι επίσης ο καθηγητής αγγειακής βιολογίας του Judah Folkman στη Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και το Πρόγραμμα αγγειακής βιολογίας στο Νοσοκομείο Παιδιών της Βοστόνης, καθώς και καθηγητής Βιοϊατρικής στη SEAS.

Ο Phillips είναι επίκουρος καθηγητής Ocean Engineering στο Πανεπιστήμιο της Ρόουντ Άιλαντ. Πρόσθετοι συντάκτες του εγγράφου είναι ο Kaitlyn Becker, ο Griffin Whittredge και ο James Weaver, Ph.D. από το Ινστιτούτο Wyss και τη SEAS.

Η έρευνα αυτή υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και την Εθνική Ακαδημία Επιστημών.