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，估計可容納多達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。現(xiàn)在，由哈佛大學Wyss研究所的研究人員，John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS)以及拉德克利夫高級研究所開發(fā)的新設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設計。該研究報告在Science Robotics中。

“我們將這些動物看作是藝術品：我們會從蒙娜麗莎那里切下來研究它嗎?不 - 我們會使用最具創(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，國家地理探索者，生物學和環(huán)境科學教授，他說，當我們與他們互動時，他們應該得到類似的溫柔對待。巴魯克學院，紐約市立大學。

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

當時Wood實驗室的一名成員，Brennan Phillips，博士。- 現(xiàn)在羅德島大學海洋工程助理教授看到了Teoh的設計，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)有的水下設備抓取的，這些設備主要是為海洋采礦和建筑的粗糙工作而設計的。

Teoh制造的設備由五個相同的3-D打印聚合物“花瓣”組成，這些“花瓣”連接到一系列旋轉接頭，這些旋轉接頭連接在一起形成支架。當單個電機向花瓣相遇的點施加扭矩時，它會使整個結構圍繞其關節(jié)旋轉并折疊成一個空心的十二面體(如十二面，幾乎圓形的盒子)，贏得它的名字旋轉驅(qū)動十二面體(RAD)。折疊完全由關節(jié)的設計和花瓣本身的形狀決定; 不需要其他輸入。

該團隊在位于康涅狄格州Mystic的神秘水族館測試了RAD采樣器，成功地在水下收集并釋放了月亮水母。在對采樣器進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)場進行測試。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。該團隊能夠在其自然棲息地捕獲魷魚和水母等軟物，并釋放它們而不會造成傷害。

“RAD采樣器設計非常適合深海的困難環(huán)境，因為它的控制非常簡單，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，我們可以簡單地替換那個部分并發(fā)送采樣器倒回水中，“Teoh說。“這種折疊設計也非常適合在太空中使用，這類似于深海，因為它是一個低重力，不適宜居住的環(huán)境，使得操作任何設備都具有挑戰(zhàn)性。”

Teoh和Phillips目前正在開發(fā)一種更加堅固的RAD采樣器版本，用于重型水下任務，如海洋地質(zhì)學，而Gruber和Wood則專注于進一步改進采樣器更精細的能力。“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界的合作為軟機器人和折紙工程領域打開了大門，將這些技術用于解決完全不同學科的問題，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用科學教授，也是國家地理探索者。

“跨學科的協(xié)作是Wyss研究所的一個重要特征，這項工作證明了當來自不同領域的科學家開始相互溝通時，新創(chuàng)新如何出現(xiàn)，”Don Ingber博士，醫(yī)學博士，創(chuàng)始人Wyss研究所同時也是哈佛醫(yī)學院血管生物學的Judah Folkman教授和波士頓兒童醫(yī)院的血管生物學項目，以及SEAS的生物工程教授。