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用于捕获海洋生物的水下拨球:其中许多生物体都很软弱,例如水母,鱿鱼和章鱼

2020-12-23    阅读量:32582    新闻来源:互联网     |  投稿

放的海洋是地球上最大,勘探最少的环境,据估计可容纳多达一百万种尚未描述的物种。


但是,其中许多生物体都很软弱,例如水母,鱿鱼和章鱼,很难用现有的水下工具进行捕获以进行研究,而这些工具往往会破坏或破坏它们。


现在,由哈佛大学Wyss研究所,约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和拉德克利夫高级研究所的研究人员开发的一种新设备可以安全地将精致的海洋生物捕获在折叠的多面体围栏中,并使它们不受伤害采用新颖的折纸设计中国机械网okmao.com。这项研究报道在《科学机器人》上。


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“我们像对待动物一样对待这些动物:我们会从蒙娜·丽莎身上切下来的碎片进行研究吗?不会—我们将使用现有的最具创新性的工具。


这些深海生物,已有数千年的历史了。 ,当我们与他们互动时,也应该得到类似的温和对待。”合作作者David Gruber博士说,他是美国国家地理探险家,2017年至2018年Radcliffe研究员,美国生物学和环境科学教授纽约市立大学巴鲁克分校。


将折叠属性应用于水下样品采集的想法始于2014年,当时第一位作者Zhi Ern Teoh博士开始研究。从哈佛大学设计学院的Wyss副教授兼设计工程讲师Pierce Anderson的Chuck Hoberman女士那里上了一个课,讲授如何通过计算方法创建折叠机制。


前Wyss的Teoh说:“我在研究生院时手工制造微型机器人,这是一项艰巨而繁琐的工作,我想知道是否有一种方法可以用电动机将平面折叠成三维形状。” Robert Wood博士实验室的博士后研究员,他现在是Cooper Perkins的工程师。


旋转驱动十二面体(RAD)安装在水下车辆上,被部署到加利福尼亚海岸附近的蒙特雷峡谷深处,在那里捕获了鱿鱼,水母和章鱼。作者说,章鱼对这种设备感到好奇。


当时是伍德实验室的一名研究员,布伦南·菲利普斯(Brennan Phillips)博士。-现在是罗德岛大学海洋工程系的助理教授,看到了Teoh的设计,并建议他将其修改为捕捉海洋生物,而这些海洋生物众所周知很难用现有的水下设备来抓取,这些水下设备主要是为海洋采矿和建筑的粗糙工作而设计的。


Teoh建造的设备由五个相同的3D打印聚合物“花瓣”组成,这些花瓣附着在一系列旋转接头上,这些旋转接头链接在一起以形成支架。


当单个马达将扭矩施加到花瓣相交的点时,它会使整个结构绕其关节旋转并折叠成空心十二面体(像十二面,几乎是圆形的盒子),因此得名旋转驱动十二面体(RAD)。折叠完全取决于关节的设计和花瓣本身的形状。不需要其他输入。

 

该团队在康涅狄格州神秘市的神秘水族馆测试了RAD采样器,并成功地在水下收集并释放了月水母。


在对采样器进行了修改以使其可以承受开阔的海洋条件之后,他们将其安装在加利福尼亚州蒙特雷的蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)提供的水下遥控车(ROV)上,并在现场进行了测试。


使用ROV的机械臂和人为操纵的操纵杆操作深度为500-700 m(1,600-2,300 ft)的深度。该小组能够在其自然栖息地中捕获鱿鱼和水母等软生物,并释放它们而无害。


用于多面体的折叠概念可以在毫米级上实现。


“ RAD采样器设计非常适合深海中的恶劣环境,因为它的控制非常简单,因此可以破坏的元素更少。


它也是模块化的,因此如果确实发生了破坏,我们可以简单地更换该零件并发送采样器放回水中,” Teoh说。“


这种折叠式设计也非常适合在太空中使用,这类似于深海,因为它是一种低重力,恶劣环境,使任何设备的操作都具有挑战性。”


Teoh和Phillips目前正在开发更坚固耐用的RAD采样器,以用于海洋地质等重载水下任务,而Gruber和Wood则致力于进一步改善采样器的更精细功能。“


我们想在采样器上增加摄像头和传感器,以便将来可以捕获动物,收集有关其大小,材料特性甚至基因组的大量数据,然后放手,几乎就像水下外星人绑架一样。”格鲁伯说。


RAD安装在水下车辆上。“我们小组与海洋生物学界的合作为软机器人和折纸启发的工程领域打开了大门,将这些技术应用到完全不同的学科中来解决问题,我们很高兴看到这种协同作用产生的方式新颖的解决方案。”


伍德说,他是Wyss研究所的创建核心教员,SEAS的Charles River工程与应用科学教授以及国家地理探险家。


“跨学科的合作是Wyss Institute的一项重要特征,这项工作例证了当来自不同领域的科学家开始相互交流时,如何才能出现新的创新,” Wonss Institute的创始董事Don Ingber博士说。


威斯研究所(Wyss Institute)还是哈佛医学院的犹大Folkman生物学教授和波士顿儿童医院的血管生物学计划教授,以及SEAS的生物工程学教授。


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