Ikke mere Iron Man - ubåde har nu bløde, robotarme

Den menneskelige arm kan udføre en lang række ekstremt delikate og koordinerede bevægelser, fra at dreje en nøgle i en lås til forsigtigt at stryge en hvalpes pels. De robotiske "arme" på undervandsforskningsubåde, imidlertid, er hårde, ryk, og mangler finessen til at kunne nå og interagere med skabninger som vandmænd eller blæksprutter uden at beskadige dem. Tidligere, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University og samarbejdspartnere udviklede en række bløde robotgribere til mere sikkert at håndtere delikat havliv, men disse gribeanordninger stolede stadig hårdt på, robotubådsarme, der gjorde det vanskeligt at manøvrere dem i forskellige positioner i vandet.

Nu, et nyt system bygget af forskere ved Wyss Institute, Harvards John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Baruch College, og University of Rhode Island (URI) bruger en handske udstyret med trådløse bløde sensorer til at styre en modulær, blød robot "arm", der kan bøje og bevæge sig med hidtil uset behændighed for at gribe og prøve delikat vandlevende liv. Dette system kunne en dag muliggøre oprettelsen af ​​ubådsbaserede forskningslaboratorier, hvor alle de delikate opgaver, videnskabsmænd udfører i et landbaseret laboratorium, kunne udføres på bunden af ​​havet. Indsigt fra dette arbejde kan potentielt også have værdi for medicinsk udstyrsapplikationer. Forskningen er publiceret i Videnskabelige rapporter .

"Denne nye bløde robotarm erstatter den hårde, stive arme, der er standard på de fleste undervandsfartøjer, gør det muligt for vores bløde robotgribere at nå og interagere med havets liv med meget større lethed på tværs af en række forskellige miljøer og giver os mulighed for at udforske dele af havet, som i øjeblikket er understuderet, " sagde førsteforfatter Brennan Phillips, Ph.d., en adjunkt ved URI, som var postdoc ved Wyss Institute og SEAS, da forskningen var afsluttet.

Apparatet udviklet af Phillips og hans kolleger har bøjning, roterende, og gribemoduler, der nemt kan tilføjes eller fjernes for at give armen mulighed for at udføre forskellige typer bevægelser baseret på den aktuelle opgave - en betydelig fordel, givet den mangfoldighed af terræn og liv, der findes i havet. Andre forbedringer i forhold til eksisterende bløde manipulatorer omfatter et kompakt og robust hydraulisk kontrolsystem til anvendelse i fjerntliggende og barske miljøer. Hele systemet kræver mindre end halvdelen af ​​effekten af ​​den mindste kommercielt tilgængelige dybhavs elektroniske manipulatorarm, hvilket gør den ideel til brug på bemandede undersøiske køretøjer, som har begrænset batterikapacitet.

Armen styres trådløst via en handske udstyret med bløde sensorer, som bæres af en videnskabsmand, der styrer armens bøjning og rotation ved at bevæge deres håndled og griberne ved at krølle deres pegefinger. Disse bevægelser omsættes til åbning og lukning af forskellige ventiler i systemets havvandsdrevne hydraulikmotor. Forskellige typer bløde gribere kan fastgøres til enden af ​​armen for at give den mulighed for at interagere med væsner af varierende form, størrelse, og delikatesse, fra hårdt, skøre koraller til bløde, diaphanous vandmænd.

"De i øjeblikket tilgængelige undersøiske robotarme fungerer godt til olie- og gasefterforskning, men ikke til at håndtere sarte havliv - at bruge dem er som at prøve at samle en serviet op med en metalkrabbeklo, " sagde medforfatter David Gruber, Ph.d., som er professor i biologi ved Baruch College, CUNY og en National Geographic Explorer. "Handskekontrolsystemet giver os mulighed for at have meget mere intuitiv kontrol over den bløde robotarm, som hvordan vi ville bevæge vores egne arme, mens vi dykkede."

Robotarm- og gribesystemet blev felttestet fra en 3-personers ubåd i de uudforskede dybhavsøkosystemer i Fernando de Noronha Archipelago, Brasilien. Den var med succes i stand til at interagere med eller opsamle sarte organismer i midten af ​​vand og dybhavs som en glassvamp, en havagurk, en forgrenet koral, og frit svævende, selvlysende tunikater. Forskellige moduler blev hurtigt og nemt byttet ind i armen for bedre at manøvrere griberne til at nå sin målorganisme, eller i tilfælde af at et enkelt modul er beskadiget, uden at skulle afmontere hele armen.

"Denne laveffekt, handskestyret blød robot blev designet med den fremtidige havbiolog i tankerne, som vil være i stand til at udføre videnskab langt ud over grænserne for SCUBA og med et sammenligneligt eller bedre middel end via en menneskelig dykker, " sagde Robert Wood, Ph.d., en seniorforfatter af papiret, som er et Founding Core Faculty-medlem af Wyss Institute samt Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences ved SEAS.

Forskerne fortsætter med at forfine deres design og inkorporerer ikke-invasive DNA- og RNA-prøvetagningsmuligheder i armsystemets aktiveringsenheder, med det mål at være i stand til at fange skrøbeligt havliv, udføre en række eksperimenter i et "undervandslaboratorium, " og løslad dem uskadt.

"Wyss Institutes mål er at få videnskabelige opdagelser ud af laboratoriet og ud i verden, men nogle gange er vi nødt til at finde ud af, hvordan vi modificerer selve det videnskabelige laboratorium, så det kan flyttes ud af den akademiske verden for at kunne undersøge virkelige miljøer. Denne forskning markerer begyndelsen på denne mulighed for dybhavet, og de fremskridt, de beskriver, kunne have meget bredere værdi, selv til medicinske og kirurgiske anvendelser, sagde Donald Ingber, M.D., Ph.d., grundlæggeren af ​​Wyss Institute, som også er Judah Folkman-professor i vaskulær biologi ved HMS og Vascular Biology Program på Boston Children's Hospital, og professor i bioingeniør ved SEAS.