Bløde gribere kan 3D-printes om bord på skibe for sikkert at prøve forskellige typer af havliv

Det dybe hav - mørkt, kold, under højt tryk, og luftløs - er notorisk ugæstfri for mennesker, alligevel vrimler det med organismer, der formår at trives i sit barske miljø. At studere disse skabninger kræver specialudstyr monteret på fjernbetjente køretøjer (ROV'er), der kan modstå disse forhold for at indsamle prøver. Dette udstyr, primært designet til undervandsolie- og minedriftsindustrien, er klodset, dyrt, og vanskelig at manøvrere med den slags kontrol, der er nødvendig for at interagere med sart havliv. At vælge en delikat havsnegl fra havbunden med disse værktøjer svarer til at forsøge at plukke en drue ved hjælp af beskæresaks.

Nu, en tværfaglig gruppe af ingeniører, havbiologer, og robotikere har udviklet en alternativ prøveudtagningsenhed, der er blød, fleksibel, og tilpasses, tillader forskere forsigtigt at gribe forskellige typer organismer fra havet uden at skade dem, og 3-D-print-ændringer af enheden natten over uden behov for at vende tilbage til et landbaseret laboratorium. Forskningen er rapporteret i PLOS One .

"Når man interagerer med blødt, sarte undervandsdyr, det giver mest mening, at dit prøveudstyr også er blødt og skånsomt, "sagde medforfatter Rob Wood, Ph.d., et grundlæggende kernefakultetsmedlem i Wyss Institute, der også er Charles River -professor i teknik og anvendt videnskab ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). "Det er først for nylig, at området blød robotik har udviklet sig til det punkt, hvor vi faktisk kan bygge robotter, der kan fatte disse dyr pålideligt og ufarligt."

De "bløde gripper" -anordninger, teamet designede, har alt fra to til fem "fingre" lavet af polyurethan og andre squishy-materialer, der åbner og lukker via et lavtrykshydraulisk pumpesystem, der bruger havvand til at drive deres bevægelse. Griberne selv er fastgjort til en trækugle, der holdes og manipuleres ved hjælp af en ROVs eksisterende, hårde klo-lignende værktøjer, kontrolleret af en menneskelig operatør på det skib, som ROV er bundet til.

Teamet indsatte deres seneste iteration af de bløde griber på en rejse ombord på R/V Falkor i det fjerntliggende Phoenix Islands beskyttede område i det sydlige Stillehav. Et sådant isoleret miljø betød, at det ville være næsten umuligt at skaffe nye dele til griberne, så de bragte to 3D-printere til at skabe nye komponenter i farten.

"At være på et skib i en måned betød, at vi var nødt til at kunne lave alt, hvad vi havde brug for, og det viser sig, at 3D-printere fungerede rigtig godt til at gøre det på båden. Vi havde dem kørende næsten 24/7, og vi var i stand til at tage feedback fra ROV -operatørerne om deres oplevelse med at bruge de bløde gribere og lave nye versioner natten over for at løse eventuelle problemer, sagde Daniel Vogt, FRK., en forskningsingeniør ved Wyss Institute, der er den første forfatter til papiret.

De bløde gribere var i stand til at få fat i snegle, koraller, svampe, og andet havliv meget mere effektivt og med mindre skade end traditionelle undersøiske prøveudtagningsværktøjer. Baseret på input fra ROV -operatørerne team-3D-trykte "fingernegl" -forlængelser, der kunne tilføjes griberens fingre for at hjælpe dem med at komme under prøver, der sad på hårde overflader. Et fleksibelt net blev også tilføjet til hver finger for at hjælpe med at holde prøver indeholdt i fingrene. En anden, tofingeret version af griberne blev også oprettet baseret på ROV-pilots fortrolighed med at kontrollere eksisterende tofingrede greb, og deres anmodning om, at de to fingre skal være i stand til at holde prøver med både et "knivspids" greb (for små genstande) og et "kraft" greb (for store genstande).

Teamet fortsætter med at udvikle griberne, håber på at tilføje sensorer, der kan indikere for ROV -operatøren, når griberne kommer i kontakt med en organisme, "mærk" hvor hårdt eller blødt det er, og foretage andre målinger. Ultimativt, deres mål er at være i stand til at fange havdyr i dybhavet og få fulde fysiske og genetiske data uden at tage dem ud af deres oprindelige levesteder.

"At have mulighed for at 3D-udskrive variationer af disse bløde robotter inden for få timer for sikkert at interagere med forskellige typer af havliv har potentiale til at revolutionere den måde, hvorpå havbiologisk feltarbejde udføres, "sagde medforsvarende forfatter David Gruber, Ph.d., hvem er en Radcliffe-stipendiat 2017-2018, National Geographic Explorer, og professor i biologi og miljøvidenskab ved Baruch College, CUNY.

"Nye teknologier gør det hele tiden muligt for os at overvinde begrænsningerne ved gamle teknologier, som alt for ofte simpelthen accepteres som status quo og aldrig udfordres, "sagde Wyss Institutes grundlægger, Donald Ingber, M.D., Ph.d., som også er Judah Folkman professor i vaskulær biologi ved HMS og vaskulærbiologiprogrammet på Boston Children's Hospital, samt professor i bioingeniør ved SEAS. "3D-print og bløde robotteknologier tillader nu, at design- og iterationsprocesser sker på stedet i stedet for i laboratoriet, gør det hurtigere, lettere, og billigere at skabe løsninger på eksisterende problemer. "