Naukowcy zaprojektowali miękkiego autonomicznego robota który może pływać w głębokich wodach oceanu

Zainspirowani dziwną rybą, która może wytrzymać mordercze ciśnienie w najgłębszych częściach oceanu, naukowcy opracowali miękkiego, autonomicznego robota zdolnego do trzepotania płetwami – nawet w najgłębszej części Rowu Mariańskiego.

Zespół kierowany przez robotyka Guorui Li z Uniwersytetu Zhejiang w Hangzhou, Chiny, z powodzeniem przetestował zdolności robota do pływania na głębokości od 70 metrów do prawie 11000 metrów, zgodnie z artykułem z 4 marca z Nature.

Challenger Deep to najniższa z najniższych, najgłębsza część Rowu Mariańskiego. Dno znajduje się około 10900 metrów poniżej poziomu morza. Ciśnienie całej tej wody jest około tysiąckrotnie wyższe niż ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza, co przekłada się na około 103 miliony paskali (czyli 10 546 044,24 kilogramów na metr kwadratowy).

Olbrzymie ciśnienia na tych hadalnych [najgłębsza strefa występująca w oceanach] głębokościach –  między 6000 a 11 000 metrów – stanowią trudne wyzwanie inżynieryjne, mówi fizjolog głębinowy i ekolog Mackenzie Gerringer z State University of New York w Geneseo, który nie była zaangażowana w nowe badanie. Tradycyjne roboty głębinowe lub załogowe statki podwodne są mocno wzmocnione sztywnymi metalowymi ramami, aby nie zostały zmiażdżone – ale te statki są masywne, ciężkie i nieefektywne, a ryzyko uszkodzenia konstrukcji pozostaje wysokie.

Aby zaprojektować roboty, które mogą manewrować po płytszych wodach, naukowcy szukali wcześniej inspiracji w stworzeniach oceanicznych o miękkich ciałach, takich jak ośmiornice. W wypadku tego, nowego głębinowego robota naukowcy zainspirowali się Pseudoliparis swirei, czyli ślimak Mariana, przeważnie miękka, półprzezroczysta ryba, która żyje na głębokości 8000 metrów w Rowie Mariany.

W 2018 roku naukowcy opisali trzy nowo odkryte gatunki ślimaków głębinowych (jeden pokazany) znalezione w Rowie Atakama na Oceanie Spokojnym, żyjące na głębokościach do około 7500 metrów. Ryby takie, występujące również w Rowie Mariańskim, są dobrze przystosowane do życia w środowiskach głębinowych pod wysokim ciśnieniem, z tylko częściowo utwardzonymi czaszkami i miękkimi, opływowymi, energooszczędnymi ciałami. UNIWERSYTET W NEWCASTLE

Gerringer, jeden z naukowców, który jako pierwszy opisał ślimaka głębinowego w 2014 roku, kilka lat później skonstruowała drukowaną w 3D miękką wersję robota, aby lepiej zrozumieć, jak pływa. Jej robot zawierał zsyntetyzowaną wersję wodnistej mazi wewnątrz ciała ryby, która najprawdopodobniej dodaje pływalności i pomaga jej wydajniej pływać.

Ale opracowanie robota, który potrafi pływać pod olbrzymim ciśnieniem i badać środowisko głębinowe, to inna sprawa. Autonomiczne roboty eksploracyjne wymagają elektroniki nie tylko do napędzania ich ruchu, ale także do wykonywania różnych zadań, takich jak testowanie chemii wody, oświetlanie i filmowanie mieszkańców głębinowych rowów oceanicznych, czy też zbieranie próbek w celu wyniesienia ich na powierzchnię. Pod wpływem ciśnienia wody elektronika ta może przestać działać.

Dlatego Li i jego koledzy postanowili pożyczyć jedną z adaptacji ślimaka do życia pod wysokim ciśnieniem: jego czaszka nie jest całkowicie zespolona ze stwardniałą kością. Ta dodatkowa plastyczność pozwala wyrównać nacisk na czaszkę. W podobnym duchu naukowcy zdecydowali się rozmieścić elektronikę – „mózg” – robota został otoczony miękkim silikonem, aby nie dotykały czaszki.

Projekt nowego miękkiego robota (po lewej) został zainspirowany ślimakiem głębinowym (na ilustracji, po prawej), który jest przystosowany do życia w środowiskach o bardzo wysokim ciśnieniu w najgłębszych częściach oceanu. Czaszka ślimaka jest niecałkowicie skostniała lub stwardniała, co pozwala wyrównać ciśnienie zewnętrzne i wewnętrzne. Rozłożenie wrażliwej elektroniki robota i otoczenie ich silikonem zapobiega “miażdzeniu części” pod wpływem wysokiego ciśnienia. Płetwy robota są inspirowane cienkimi płetwami piersiowymi ryby (chociaż prawdziwa ryba nie używa swoich płetw do pływania). LI I IN. / NATURE 2021

Zespół zaprojektował również miękkie ciało, które nieco przypomina ślimaka, z dwoma płetwami, których robot może używać do poruszania się po wodzie. (Gerringer zauważa, że ​​prawdziwy ślimak nie trzepocze płetwami, ale kręci swoim ciałem jak kijanka). Aby trzepotać płetwami, robot jest wyposażony w baterie zasilające sztuczne mięśnie: elektrody umieszczone między dwiema membranami, które odkształcają się w odpowiedzi na ładunek elektryczny.

Zespół przetestował robota w kilku środowiskach: na głębokości 70 metrów w jeziorze; około 3200 metrów głębokości w Morzu Południowochińskim; i wreszcie na samym dnie oceanu. W pierwszych dwóch próbach robot mógł swobodnie pływać. Zespół przetestował również zdolność robota do poruszania się nawet pod najbardziej ekstremalnymi ciśnieniami w oceanie. Wysuwane ramię głębinowego lądownika trzymało robota trzepoczącego skrzydłami na głębokości 10900 metrów w głębi Challenger Deep, najniższej części Rowu Mariańskiego (test ekstremalnego ciśnienia). Testy te sugerują, że takie roboty mogą w przyszłości być w stanie pomóc w autonomicznej eksploracji najgłębszych części oceanu – twierdzą naukowcy.

Ta maszyna „przesuwa granice tego, co można osiągnąć” dzięki biologicznie inspirowanym miękkim robotom, piszą robotycy Cecilia Laschi z National University of Singapore i Marcello Calisti z University of Lincoln w Anglii. Nowy robot pływa wolniej niż inne podwodne roboty i nie ma jeszcze mocy, aby wytrzymać silne prądy podwodne. Jednak jak ja zauważają Laschi i Calisti, „kładzie podwaliny” dla przyszłych takich robotów, które pomogą odpowiedzieć na nurtujące pytania związane tajemniczymi rejonami oceanu.

Wiadomo, że rowy głębinowe tętnią życiem drobnoustrojów, które żywią się materią organiczną – od alg po zwłoki zwierząt – która trafia na dno morza. Ta aktywność drobnoustrojów wskazuje, że rowy głębinowe mogą odgrywać znaczącą rolę w obiegu węgla na Ziemi, który z kolei jest powiązany z regulacją klimatu na planecie.

Odkrycie mikroplastiku w Challenger Deep jest również niepodważalnym dowodem na to, że nawet dno oceanu nie jest wolne od plastiku, mówi Gerringer ( SN: 11/20/20 ). „Wpływamy na te systemy głębinowe, zanim jeszcze dowiedzieliśmy się, co tam jest.”

Źródła: Carolyn Gramling

G. Li et alSelf-powered soft robot in the Mariana TrenchNature. Vol. 591, March 4, 2021, p. 66. doi: 10.1038/s41586-020-03153-z.

C. Laschi and M. Calisti. Soft robot reaches the deepest part of the ocean. Nature. Vol. 591, March 4, 2021, p. 35. 10.1038/d41586-021-00489-y

M. E. Gerringer. On the success of the hadal snailfishesIntegrative Organismal Biology. Published online March 23, 2019. doi: 10.1093/iob/obz004.

Zdjęcia: LI ET AL/ NATURE 2021

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x