_ Construirea de meduze bionice pentru explorarea oceanelor

Meduzele nu pot face mare lucru în afară de a înota, a înțepa, a mânca și a se reproduce. Nici măcar nu au creier. Cu toate acestea, aceste creaturi simple pot călători cu ușurință în adâncurile oceanelor într-un mod în care oamenii, în ciuda întregii noastre sofisticari, nu pot.

Dar dacă oamenii ar putea avea meduze să exploreze oceanele în numele nostru, raportând înapoi. ce gasesc? Noile cercetări efectuate la Caltech urmăresc să devină realitate prin crearea a ceea ce cercetătorii numesc meduze robotizate biohibride. Aceste creaturi, care pot fi considerate cyborgi oceanici, măresc meduzele cu dispozitive electronice care le îmbunătățesc înotul și o „pălărie” protetică care poate transporta o încărcătură utilă mică, făcând, de asemenea, meduzele să înoate într-un mod mai eficient.

Lucrarea, publicată în revista Bioinspiration & Biomimetics, a fost realizată în laboratorul lui John Dabiri, profesorul Centenar de Aeronautică și Inginerie Mecanică, și se bazează pe munca sa anterioară de creștere a meduzelor. Scopul lui Dabiri cu această cercetare este de a folosi meduze ca colectoare de date robotizate, trimițându-le în oceane pentru a colecta informații despre temperatură, salinitate și niveluri de oxigen, toate acestea fiind afectate de schimbarea climei Pământului.

" Este bine cunoscut faptul că oceanul este esențial pentru determinarea climei noastre prezente și viitoare pe uscat și, totuși, știm încă surprinzător de puține despre ocean, mai ales departe de suprafață”, spune Dabiri. „Scopul nostru este să mișcăm în sfârșit acel ace, adoptând o abordare neconvențională inspirată de unul dintre puținele animale care explorează deja cu succes întregul ocean.”

De-a lungul carierei sale, Dabiri a privit lumea naturală, meduzele. incluse, pentru inspirație în rezolvarea provocărilor de inginerie. Acest lucru a început cu încercările timpurii ale laboratorului lui Dabiri de a dezvolta un robot mecanic care înota ca meduzele, care au cea mai eficientă metodă de a călători prin apă dintre orice creatură vie.

Deși echipa sa de cercetare a reușit să creeze un astfel de robot, acel robot nu a fost niciodată capabil să înoate la fel de eficient ca o meduză adevărată. În acel moment, Dabiri s-a întrebat, de ce să nu lucreze doar cu meduzele însele?

„Medusele sunt exploratorii oceanici originali, ajungând la cele mai adânci colțuri și prosperând la fel de bine în apele tropicale sau polare”, spune Dabiri. „Din moment ce nu au creier sau capacitatea de a simți durerea, am reușit să colaborăm cu bioeticieni pentru a dezvolta această aplicație robotică biohibridă într-un mod bazat pe principii etice.”

Anterior, laboratorul lui Dabiri meduze implantate cu un fel de stimulator cardiac electronic care controlează viteza cu care înoată. Făcând acest lucru, ei au descoperit că, dacă le-au făcut pe meduze să înoate mai repede decât ritmul relaxat pe care îl țin în mod normal, animalele au devenit și mai eficiente. O meduză care înoată de trei ori mai repede decât ar folosi în mod normal consumă doar de două ori mai multă energie.

De data aceasta, echipa de cercetare a mers un pas mai departe, adăugând jeleurilor ceea ce ei numesc un antecedent. Aceste corpuri anterioare sunt ca pălăriile care stau deasupra clopotului meduzei (partea în formă de ciupercă a animalului). Dispozitivele au fost proiectate de studentul absolvent și autorul principal Simon Anuszczyk, care și-a propus să facă meduzele mai raționalizate, oferind, în același timp, un loc unde pot fi transportate senzori și alte componente electronice.

„La fel ca capătul ascuțit al unui săgeată, am proiectat corpuri anterioare imprimate 3D pentru a eficientiza clopotul robotului meduză, pentru a reduce rezistența și pentru a crește performanța de înot”, spune Anuszczyk. „În același timp, am experimentat cu imprimarea 3D până am reușit să echilibrăm cu grijă flotabilitatea și să menținem meduzele să înoate vertical”.

Pentru a testa abilitățile de înot ale jeleurilor augmentate, laboratorul lui Dabiri a întreprins construcția unui acvariu vertical masiv în interiorul Laboratorului Guggenheim de la Caltech. Dabiri explică că rezervorul cu trei etaje este înalt, mai degrabă decât lat, pentru că cercetătorii doresc să adune date despre condițiile oceanice mult sub suprafață.

„În ocean, călătoria dus-întors de la suprafață până la mai multe mii de metri vor dura câteva zile pentru meduze, așa că am vrut să dezvoltăm o instalație pentru a studia acel proces în laborator”, spune Dabiri. „Acvariul nostru vertical permite animalelor să înoate împotriva unui curent vertical care curge, ca o bandă de alergare pentru înotători. Ne așteptăm ca scara unică a unității – probabil prima bandă de alergare verticală cu apă de acest fel – să fie utilă pentru o varietate de alte elemente de bază și aplicate. întrebări de cercetare.”

Testele de înot efectuate în rezervor arată că o meduză echipată cu o combinație de stimulator cardiac și antecorp poate înota de până la 4,5 ori mai repede decât un jeleu natural în timp ce poartă o sarcină utilă. Costul total este de aproximativ 20 de dolari pe meduză, spune Dabiri, ceea ce face din jeleurile biohibride o alternativă atractivă la închirierea unui vas de cercetare care poate costa peste 50.000 de dolari pe zi pentru a rula.

„Prin folosirea capacității naturale a meduzei de a să reziste la presiuni extreme din adâncul oceanului și capacitatea lor de a se alimenta prin hrănire, provocarea noastră de inginerie este mult mai ușor de gestionat”, adaugă Dabiri. „Încă trebuie să proiectăm pachetul de senzori pentru a rezista la aceleași presiuni de strivire, dar acel dispozitiv este mai mic decât o minge de soft, ceea ce face mult mai ușor de proiectat decât un vehicul submarin complet care operează la acele adâncimi.

„Eu Sunt foarte încântat să văd ce putem învăța prin simpla observare a acestor părți ale oceanului pentru prima dată”, adaugă el.

Dabiri spune că lucrările viitoare se pot concentra pe îmbunătățirea în continuare a abilităților jeleurilor bionice. Momentan, ele pot fi făcute să înoate mai repede în linie dreaptă, cum ar fi traseele verticale proiectate pentru măsurarea adâncimii oceanelor. Dar cercetările ulterioare le pot face și orientabile, astfel încât să poată fi direcționate atât orizontal, cât și vertical.

(Fluierul)