智东西(公众号:zhidxcom)
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导语:哈佛研究人员正在使用一种新型可折叠式机器人抓手来捕捉柔软脆弱的深海动物,而不会对它们造成任何伤害。

智东西7月23日消息,哈佛大学Wyss研究所的研究人员研制了一个3D可折叠式机器人捕捉器,看起来像花和蟹钳的综合体,可以帮助海洋生物学家安全地抓住柔软的海洋生物。他们在7月18日的《科学》杂志的子刊《机器人学(Science Robotics)》上发表的《用于研究脆弱海洋生物的旋转驱动可折叠多面体(Rotary-actuated folding polyhedrons for midwater investigation of delicate marine organisms)》论文中详细地介绍了他们的研究结果。

海洋是地球上最大和探索最少的栖息地,最深的水域可能潜伏着多达100万个未知物种。海洋生物学家通常使用潜水艇或远程航行器( Remotely-operated vehicle,ROV)从海底寻找或挖掘生命,但是就现有工具而言,从开放水域采集海洋生物仍然是困难的。这些生物中的许多都具有柔软脆弱的身体,容易遭到破坏。

网可以切碎像水母这样的凝胶状生物。因此,研究人员通常依靠使用吸管来捕获开阔水域的海洋生物,这些吸管可以在管道内拉伸时杀死细小的标本,或者将它们放入装有盖子的罐子中,这需要很高的灵活性。

所幸,哈佛大学Wyss研究所的研究人员已经提供了一个更好的解决方案,他们创建出一个可折叠式的机器人装置,可以安全捕获软体海洋生物。

这款新设备有五个相同的折纸风格“花瓣”,连接在一个中心点周围的一系列旋转关节上。当设备被带到水下的生物附近时,单个马达将其3D打印的花瓣折叠在动物周围,将生物体笼罩在一个空心十二面体中,这是一种带有十几个五边形刻面的多面体。该团队还为设备的花瓣添加了柔软的边缘,以便轻柔地捕捉和释放这些脆弱的小生灵。

哈佛推出花瓣式机器爪 和海洋生物来一场温柔的互动

研究合著者、纽约城市大学巴鲁克学院海洋生物学家David Gruber说,包括一些水母和它们的凝胶状植物在内的一些深海自由流动植物,“有时被认为是被遗忘的动物群”。他表示,虽然许多生物学家对海底进行了调查,但对于开放水域小型生物的寻找更加困难,因此我们对这些动物的了解“几乎是一片空白”。

研究人员在康涅狄格州的水族馆测试了他们的设备,在那里他们成功地在水下收集并释放了一只月亮水母。他们又对设备进行了修改,使它能够抵御大海,然后将其安装在加利福尼亚州中部海岸的蒙特利湾水族馆研究所的远程操作的水下航行器(ROV)上。随后,他们在离海面近1600至2300英尺的地方进行了测试,成功地安全捕获并释放了自然栖息地内的鱿鱼和水母。

哈佛推出花瓣式机器爪 和海洋生物来一场温柔的互动

这项研究的主要作者、现任马萨诸塞州列克星敦工程咨询公司Cooper Perkins的机械工程师Zhi Ern Teoh表示,这款设备只使用一台电机来驱动整个连接结构,因此它很容易被控制和修复。Teoh说,设计的简单性减少了可能破裂的零件数量,使其可用于诸如深海或外太空等“难以派遣维修人员”的恶劣环境中。他认为“电机本质上很复杂,因此通过最大限度地减少设备中的电机数量,我们可以减少故障点的数量。”

“这种可折叠式十二面体代表了一种与海洋生物精心互动的新模式,”研究报告的共同作者、巴鲁克学院的海洋生物学家、纽约城市大学研究生中心的David Gruber如是说道。

目前,研究人员正在开发一种更加坚固的金属版本的设备,用于重型工作。他们还想用各种传感器来增强它。

哈佛推出花瓣式机器爪 和海洋生物来一场温柔的互动
▲研究主要作者Zhi Ern Toeh站在被称为旋转驱动十二面体(RAD)的机器爪旁。

目前,抓取器只能将动物固定到位,但研究人员计划将摄像头、传感器、3D扫描仪等集成到设备中并进一步提高其容量。

“我们的梦想是将精致的深海动物包围起来,拍摄硬度、3D印刷等三维图像,还有一个’牙刷’用来获得生物体的全部基因组。”Gruber说,“我们希望以非侵入性的方式描述新物种,学习和与深海互动。”

迄今为止,该机器人捕获器仅用于捕获和释放实验。然而,在未来,生物学家可以使用相机和传感器装备机器,以收集更多关于海洋生物的材料成分、大小和基因测序等信息。如果实现这种愿景,研究人员将可以在原生栖息地研究脆弱的海底生物,这为科学家提供前所未有的地球最神秘环境之一的生命视野。

科学家们还建议他们的设计策略可以帮助制造用于太空望远镜的新型折叠式反射镜和太阳能电池阵列,甚至是用于外星殖民地可自我部署的栖息地。

原文来自:ScienceNews,Engadget,Discover Magazine

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