Μια μαλακή λύση σε ένα σκληρό υποβρύχιο πρόβλημα

Οι ερευνητές μετέτρεψαν τον μαλακό χειριστή των τριών των δακτύλων τους σε μια έκδοση δύο δακτύλων, που βλέπει εδώ, κάνοντας μια πρέζα στο εξαιρετικά λεπτό αγγούρι της θάλασσας. (Πίστωση: Schmidt Ocean Institute)

Ένας μαλακός χειριστής με τρία δάκτυλα πιάνοντας μια ανεμώνη που συνδέεται με ένα βράχο πάνω σε ένα σκληρό υπόστρωμα. (Πίστωση: Schmidt Ocean Institute)

Αυτή η πλήρως τρισδιάστατη εκδοχή των λαβών περιλαμβάνει "νύχια" στα άκρα των δακτύλων για να βοηθήσουν να πάρουν οργανισμούς που κάθονται σε σκληρές επιφάνειες, καθώς και επεκτάσεις πλέγματος μεταξύ των δακτύλων για να κρατήσουν τα δείγματα ασφαλή. (Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ)

Μια τροποποιημένη έκδοση του αρπάγου με μόνο δύο δάχτυλα μπορεί να εκτελέσει τόσο μια "κατανόηση της εξουσίας" για τη συγκράτηση μεγάλων αντικειμένων όσο και μια "πιασίματος" για τη συγκράτηση μικρών αντικειμένων, σαν ένα ανθρώπινο χέρι. (Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ)

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν 3D εκτυπωτές στο πλοίο για να δημιουργήσουν νέες εκδόσεις των λαβών (πορτοκαλί) όλη τη νύχτα σε ανταπόκριση στην ανατροφοδότηση από τους πιλότους ROV και τους βιολόγους. (Πιστωτικό: Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ)

Previous Next

Οι μαλακές λαβές μπορούν να εκτυπώνονται 3D σε πλοία για να δοκιμάσουν με ασφάλεια διάφορα είδη θαλάσσιας ζωής

Το βαθύ ωκεανό-σκοτεινό, το κρύο, υπό υψηλή πίεση και ο αέρας-είναι γνωστό ότι είναι αφιλόξενο για τους ανθρώπους, αλλά γεμίζει με οργανισμούς που καταφέρνουν να ευδοκιμήσουν στο σκληρό περιβάλλον του. Μελετώντας αυτά τα πλάσματα απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό τοποθετημένο σε οχήματα με τηλεχειρισμό (ROVs) που μπορούν να αντέξουν αυτές τις συνθήκες προκειμένου να συλλέξουν δείγματα. Αυτός ο εξοπλισμός, σχεδιασμένος πρωτίστως για τις υποβρύχιες πετρελαϊκές και μεταλλευτικές βιομηχανίες, είναι παχουλός, δαπανηρός και δύσκολος στη χειραγώγηση με το είδος ελέγχου που απαιτείται για την αλληλεπίδραση με την ευαίσθητη θαλάσσια ζωή. Η επιλογή ενός λεπτού σφουγγαριού από τον ωκεανό με αυτά τα εργαλεία είναι παρόμοια με την προσπάθεια να μαζέψετε ένα σταφύλι χρησιμοποιώντας ψαλίδια κλαδέματος.

Τώρα, μια πολυεπιστημονική ομάδα μηχανικών, θαλάσσιων βιολόγων και ρομποτών έχει αναπτύξει μια εναλλακτική συσκευή δειγματοληψίας, η οποία είναι μαλακή, ευέλικτη και προσαρμόσιμη, επιτρέποντας στους επιστήμονες να προσελκύουν απαλά διαφορετικούς τύπους οργανισμών από τη θάλασσα χωρίς να τους καταστρέφουν και τροποποιήσεις 3D εκτύπωσης τη συσκευή όλη τη νύχτα χωρίς την ανάγκη να επιστρέψει σε ένα εργαστήριο εδάφους. Η έρευνα αναφέρεται στο PLOS One .

"Όταν αλληλεπιδράτε με απαλά, ευαίσθητα υποβρύχια πλάσματα, είναι πολύ λογικό ο εξοπλισμός δειγματοληψίας να είναι επίσης μαλακός και απαλός", δήλωσε ο συν-συγγραφέας Rob Wood, Ph.D., ιδρυτικό μέλος του Ιδρύματος του Ινστιτούτου Wyss Institute επίσης ο Καθηγητής Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών Charles River στο Harvard John A. Paulson School of Engineering και Εφαρμοσμένων Επιστημών (SEAS). "Μόλις πρόσφατα το πεδίο της μαλακής ρομποτικής έχει αναπτυχθεί στο σημείο όπου μπορούμε πραγματικά να κατασκευάσουμε ρομπότ που μπορούν να πιάσουν αυτά τα ζώα αξιόπιστα και ακίνδυνα."

Οι συσκευές μαλακής λαβής που σχεδιάζει η ομάδα έχουν από δύο έως πέντε «δάχτυλα» από πολυουρεθάνη και άλλα σκουριασμένα υλικά που ανοίγουν και κλείνουν μέσω συστήματος υδραυλικής αντλίας χαμηλής πίεσης που χρησιμοποιεί θαλάσσιο νερό για να κινεί την κίνηση τους. Οι ίδιοι οι αρπάγες είναι προσαρτημένοι σε μια ξύλινη σφαίρα που συγκρατείται και χειρίζεται χρησιμοποιώντας τα υπάρχοντα, σκληρά εργαλεία που μοιάζουν με νύχι, τα οποία ελέγχονται από έναν ανθρώπινο χειριστή στο πλοίο στο οποίο είναι συνδεδεμένο το ROV.

Η ομάδα ανέπτυξε την τελευταία επανάληψη των μαλακών λαβών σε ένα ταξίδι στο R / V Falkor στην απομακρυσμένη προστατευόμενη περιοχή Νήσων Φοίνιξ στο νότιο Ειρηνικό. Ένα τέτοιο απομονωμένο περιβάλλον σήμαινε ότι η απόκτηση νέων εξαρτημάτων για τις λαβές θα ήταν σχεδόν αδύνατη, έτσι έφεραν δύο 3D εκτυπωτές για τη δημιουργία νέων εξαρτημάτων επί τόπου.

"Η ύπαρξη ενός πλοίου για ένα μήνα σήμαινε ότι έπρεπε να είμαστε σε θέση να κάνουμε οτιδήποτε χρειαζόμασταν και αποδεικνύεται ότι οι 3D εκτυπωτές λειτούργησαν πολύ καλά για να το κάνουν στο σκάφος. Τους είχαμε τρέξει σχεδόν 24 ώρες το 24ωρο και μπόρεσαν να λάβουν ανατροφοδότηση από τους φορείς εκμετάλλευσης ROV για την εμπειρία τους χρησιμοποιώντας τα μαλακά λαβές και να κάνουν νέες εκδόσεις για να αντιμετωπίσουν τυχόν προβλήματα ", δήλωσε ο Daniel Vogt, MS, Έρευνας Μηχανικός στο Wyss Ινστιτούτο που είναι ο πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

Οι μαλακές λαβίδες ήταν σε θέση να τραβήξουν πολύ πιο αποτελεσματικά και με λιγότερες ζημιές από τα παραδοσιακά υποβρύχια εργαλεία δειγματοληψίας, τα αρκουδάκια, τα κοράλλια, τα σφουγγάρια και άλλες θαλάσσιες ζωές. Με βάση τις εισροές των χειριστών ROV, οι ομάδες 3D εκτυπωμένες επεκτάσεις "νύχι" που θα μπορούσαν να προστεθούν στα δάχτυλα του γκριπ για να τους βοηθήσουν να πάρουν κάτω από δείγματα που κάθονταν πάνω σε σκληρές επιφάνειες. Ένα εύκαμπτο μάτι προστέθηκε επίσης σε κάθε δάκτυλο για να βοηθήσει να κρατήσει τα δείγματα που περιέχονται στη λαβή των δακτύλων. Μια άλλη, με δύο δάχτυλα εκδοχή των λαβών δημιουργήθηκε επίσης με βάση την εξοικείωση των πιλότων ROV με τον έλεγχο των υφισταμένων γάντζων με δύο δάκτυλα και το αίτημά τους να μπορούν τα δύο δάχτυλα να κρατούν δείγματα τόσο με πιασίματα (για μικρά αντικείμενα) και μια κατανόηση "power" (για μεγάλα αντικείμενα).

Η ομάδα συνεχίζει να αναπτύσσει τις λαβές, ελπίζοντας να προσθέσει αισθητήρες που μπορούν να υποδείξουν στον χειριστή ROV όταν οι λαβές έρχονται σε επαφή με έναν οργανισμό, "νιώθουν" πόσο σκληρό ή μαλακό είναι και λαμβάνουν άλλες μετρήσεις. Τελικά, ο στόχος τους είναι να είναι σε θέση να συλλάβουν τα θαλάσσια πλάσματα στον βαθύ ωκεανό και να αποκτήσουν πλήρη φυσικά και γενετικά δεδομένα χωρίς να τα βγάλουν από τα εγγενή τους ενδιαιτήματα.

"Η δυνατότητα να εκτυπώσετε 3D παραλλαγές αυτών των μαλακών ρομπότ μέσα σε λίγες ώρες για να αλληλεπιδράσετε με ασφάλεια με διαφορετικούς τύπους θαλάσσιων ζωών έχει τη δυνατότητα να αλλάξει επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο γίνεται η επιτόπια εργασία στη θαλάσσια βιολογία", δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας David Gruber, Ph.D., ο οποίος είναι μέλος του Radcliffe του 2017-2018, National Geographic Explorer, και καθηγητής Βιολογίας και Περιβαλλοντικής Επιστήμης στο Baruch College, CUNY.

"Οι νέες τεχνολογίες μας επιτρέπουν συνεχώς να ξεπεράσουμε τους περιορισμούς των παλαιών τεχνολογιών, οι οποίες πολύ συχνά γίνονται απλώς αποδεκτές ως το status quo και δεν αμφισβητούνται ποτέ", δήλωσε ο Donald Ingber, Διευθύνων Σύμβουλος του Ινστιτούτου Wyss, Ph.D. Judah Folkman Καθηγητής αγγειακής βιολογίας στο HMS και το Πρόγραμμα Αγγειακής Βιολογίας στο Νοσοκομείο Παιδιών της Βοστόνης, καθώς και καθηγητής Βιοϊατρικής στη SEAS. "Οι τεχνολογίες 3D εκτύπωσης και μαλακής ρομποτικής επιτρέπουν πλέον στις διαδικασίες σχεδιασμού και επανάληψης να πραγματοποιούνται στο εργοστάσιο και όχι στο εργαστήριο, καθιστώντας τον ταχύτερο, ευκολότερο και φθηνότερο για τη δημιουργία λύσεων σε υπάρχοντα προβλήματα".

Πρόσθετοι συντάκτες του εγγράφου είναι οι Kaitlyn Becker και Mortiz Graule από το Ινστιτούτο Wyss και το Harvard SEAS, Brennan Phillips, Ph.D. από το Πανεπιστήμιο του Rhode Island, Randi Rotjan, Ph.D. από το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης, Timothy Shank, Ph.D. από το Ωκεανογραφικό Ίδρυμα Woods Hole και τον Erik Cordes, Ph.D. από το Πανεπιστήμιο του Temple.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε από την Εθνική Ωκεανογραφική και Ατμοσφαιρική Ένωση, το Ινστιτούτο Ωκεανών Schmidt, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, την Εθνική Ακαδημία Επιστημών, το Trust Conservation PIPA, την Επιστημονική Επιτροπή PIPA και το Ινστιτούτο Wyss στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.