虽然寒冷和没有空气的深海适合人类居住,但它充满了脆弱的生物,在严酷的环境中茁壮成长。研究这些生物需要安装在远程操作工具(ROV)上的专门设备;任何其他类型的设备在压力下都可能破裂。一个由工程师、海洋生物学家和机器人专家组成的多学科小组开发了一种柔软、灵活、可定制的取样设备,它使科学家可以温和地从海洋中收集不同类型的生物,而不会伤害它们。它还允许在夜间对设备进行3d打印修改,而无需返回地面实验室。一篇即将发表的论文《公共科学图书馆•综合》更深入地研究这项研究。
该团队设计的“软夹持器”设备有两到五个“手指”,由聚氨酯和其他软材料制成,通过低压液压泵系统开启和关闭,该系统使用海水驱动它们的运动。“我们在深海中遇到的许多动物都是新物种,这些软机器人让我们能够微妙地互动,并研究更多样化的动物群,”纽约城市大学巴鲁克学院生物和环境科学主席教授、合著者大卫·格鲁伯说。抓取器附在一个木球上,使用ROV的坚硬的爪状工具抓取和操纵木球,由ROV所系船上的操作员控制。
这款完全3d打印版的抓取器包括手指末端的“指甲”,以帮助抓取硬表面上的生物,以及手指之间的网格扩展,以确保样本的安全。哈佛大学威斯研究所
该团队在南太平洋偏远的凤凰群岛保护区的R/V Falkor号上测试了他们最新版本的软爪。在这样一个孤立的环境中,为抓手获取新部件几乎是不可能的,所以他们带来了两台3D打印机,以便在飞行中创建新部件。格鲁伯是2017-2018年雷德克里夫研究员,也是国家地理探险家。他说:“通过海上3D打印,我们可以创新,在飞行中,创造出柔软的机器人,与以前未经检查的柔软和脆弱的动物互动,因为它们太脆弱了。”
“在船上呆一个月意味着我们必须能够制作任何我们需要的东西,结果证明3D打印机在船上做这些事情真的很好。Wyss研究所的研究工程师Daniel Vogt说:“我们让它们几乎24/7运行,我们能够从ROV操作者那里获得关于使用软抓手的经验的反馈,并在一夜之间做出新的版本,以解决任何问题。”
与传统的水下取样工具相比,这种柔软的钳子能够更有效地收集海蛞蝓、珊瑚、海绵和其他海洋生物,造成的损害也更小。根据ROV操作员的输入,团队3d打印了“指甲”延伸,可以添加到抓取器的手指上,以帮助抓取位于坚硬表面上的样本。每个手指上还添加了一个灵活的网格,以帮助将样本保存在手指的抓握范围内。另外,基于ROV飞行员对控制现有的两指抓取器的熟悉程度,以及他们要求两指既能“捏”抓取(用于小物体)又能“有力”抓取(用于大物体)的要求,他们还设计了另一种两指抓取器。
该团队正在进一步开发夹持器,希望增加传感器,当夹持器与生物接触时,可以向ROV操作员指示,“感受”生物的硬或软程度,并进行其他测量。最终,他们的目标是能够在深海捕捉海洋生物,并获得完整的生理和基因数据,而不需要把它们带出它们的原生栖息地。
研究人员利用船上的3D打印机夜间制作了新版本的抓手(橙色),以响应ROV飞行员和生物学家的反馈。哈佛大学威斯研究所
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