開闊的海洋是地球上最大和最少探索的環(huán)境

開闊的海洋是地球上最大和最少探索的環(huán)境，估計(jì)可容納多達(dá)100萬種尚未被描述的物種。然而，這些生物體中的許多都是軟體狀的水母，魷魚和章魚 - 并且難以用現(xiàn)有的水下工具捕獲它們，這些工具經(jīng)常損壞或破壞它們?，F(xiàn)在，由哈佛大學(xué)Wyss研究所的研究人員，John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)以及拉德克利夫高級(jí)研究所開發(fā)的新設(shè)備可以安全地將精致的海洋生物捕獲在折疊的多面體外殼內(nèi)，讓它們無損傷采用新穎的折紙?jiān)O(shè)計(jì)。該研究報(bào)告在Science Robotics中。

“我們將這些動(dòng)物看作是藝術(shù)品：我們會(huì)從蒙娜麗莎那里切下來研究它嗎?不 - 我們會(huì)使用最具創(chuàng)新性的工具。這些深海生物，有些已有數(shù)千年的歷史合作作者David Gruber博士說，他是2017-2018年Radcliffe研究員，國(guó)家地理探索者，生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)教授，他說，當(dāng)我們與他們互動(dòng)時(shí)，他們應(yīng)該得到類似的溫柔對(duì)待。巴魯克學(xué)院，紐約市立大學(xué)。

將折疊特性應(yīng)用于水下樣本采集的想法始于2014年，當(dāng)時(shí)第一作者Zhi Ern Teoh博士。參加了哈佛大學(xué)設(shè)計(jì)研究生院設(shè)計(jì)工程的Wyss副教授和皮爾斯安德森講師Chuck Hoberman，MS的課程，講述了通過計(jì)算方法創(chuàng)建折疊機(jī)制。“我在研究生院手工制作微型機(jī)器人，這是非常辛苦和乏味的工作，我想知道是否有辦法用電機(jī)將平面折疊成三維形狀，”Teoh，前Wyss說。 Robert Wood博士實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，現(xiàn)在是Cooper Perkins的工程師。

當(dāng)時(shí)Wood實(shí)驗(yàn)室的一名成員，Brennan Phillips，博士。- 現(xiàn)在羅德島大學(xué)海洋工程助理教授看到了Teoh的設(shè)計(jì)，并建議他將其改編成捕捉海洋生物，這是眾所周知難以用現(xiàn)有的水下設(shè)備抓取的，這些設(shè)備主要是為海洋采礦和建筑的粗糙工作而設(shè)計(jì)的。

Teoh制造的設(shè)備由五個(gè)相同的3-D打印聚合物“花瓣”組成，這些“花瓣”連接到一系列旋轉(zhuǎn)接頭，這些旋轉(zhuǎn)接頭連接在一起形成支架。當(dāng)單個(gè)電機(jī)向花瓣相遇的點(diǎn)施加扭矩時(shí)，它會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)圍繞其關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)并折疊成一個(gè)空心的十二面體(如十二面，幾乎圓形的盒子)，贏得它的名字旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)十二面體(RAD)。折疊完全由關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)和花瓣本身的形狀決定; 不需要其他輸入。

該團(tuán)隊(duì)在位于康涅狄格州Mystic的神秘水族館測(cè)試了RAD采樣器，成功地在水下收集并釋放了月亮水母。在對(duì)采樣器進(jìn)行修改以使其能夠承受開闊的海洋條件后，他們將其安裝在由加利福尼亞州蒙特雷的蒙特利灣水族館研究所(MBARI)提供的水下遙控車輛(ROV)上，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。深度為500-700米(1,600-2,300英尺)，使用ROV的操縱臂和人控操縱桿來操作采樣器。該團(tuán)隊(duì)能夠在其自然棲息地捕獲魷魚和水母等軟物，并釋放它們而不會(huì)造成傷害。

“RAD采樣器設(shè)計(jì)非常適合深海的困難環(huán)境，因?yàn)樗目刂品浅：?jiǎn)單，所以可以破壞的元素更少。它也是模塊化的，所以如果有什么東西壞了，我們可以簡(jiǎn)單地替換那個(gè)部分并發(fā)送采樣器倒回水中，“Teoh說。“這種折疊設(shè)計(jì)也非常適合在太空中使用，這類似于深海，因?yàn)樗且粋€(gè)低重力，不適宜居住的環(huán)境，使得操作任何設(shè)備都具有挑戰(zhàn)性。”

Teoh和Phillips目前正在開發(fā)一種更加堅(jiān)固的RAD采樣器版本，用于重型水下任務(wù)，如海洋地質(zhì)學(xué)，而Gruber和Wood則專注于進(jìn)一步改進(jìn)采樣器更精細(xì)的能力。“我們想在采樣器上添加攝像頭和傳感器，以便將來我們可以捕獲動(dòng)物，收集大量的數(shù)據(jù)，如大小，材料屬性，甚至基因組，然后放手，就像水下外星人被綁架一樣，“格魯伯說。

“我們小組與海洋生物學(xué)界的合作為軟機(jī)器人和折紙工程領(lǐng)域打開了大門，將這些技術(shù)用于解決完全不同學(xué)科的問題，我們很高興看到這種協(xié)同作用產(chǎn)生的方式新穎的解決方案，“伍德說，他是Wyss研究所的創(chuàng)始核心教員，SEAS的查爾斯河工程和應(yīng)用科學(xué)教授，也是國(guó)家地理探索者。

“跨學(xué)科的協(xié)作是Wyss研究所的一個(gè)重要特征，這項(xiàng)工作證明了當(dāng)來自不同領(lǐng)域的科學(xué)家開始相互溝通時(shí)，新創(chuàng)新如何出現(xiàn)，”Don Ingber博士，醫(yī)學(xué)博士，創(chuàng)始人Wyss研究所同時(shí)也是哈佛醫(yī)學(xué)院血管生物學(xué)的Judah Folkman教授和波士頓兒童醫(yī)院的血管生物學(xué)項(xiàng)目，以及SEAS的生物工程教授。