De open oceaan is de grootste en minst onderzochte omgeving op aarde, naar schatting een miljoen soorten bevatten die nog moeten worden beschreven. Echter, veel van die organismen zijn zachtaardig, zoals kwallen, inktvis, en octopussen - en zijn moeilijk vast te leggen voor studie met bestaande onderwatergereedschappen, die ze maar al te vaak beschadigen of vernietigen. Nutsvoorzieningen, een nieuw apparaat ontwikkeld door onderzoekers van het Wyss Institute van Harvard University, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), en Radcliffe Institute for Advanced Study vangt delicate zeedieren veilig op in een opvouwbare veelvlakkige behuizing en laat ze zonder schade gaan met behulp van een roman, origami-geïnspireerd ontwerp. Het onderzoek wordt gerapporteerd in Wetenschap Robotica .

"We benaderen deze dieren alsof het kunstwerken zijn:zouden we stukken uit de Mona Lisa snijden om het te bestuderen? Nee - we zouden de meest innovatieve hulpmiddelen gebruiken die beschikbaar zijn. Deze diepzee-organismen, sommige zijn duizenden jaren oud, verdienen om met dezelfde zachtheid te worden behandeld als we met hen omgaan, " zei de samenwerkende auteur David Gruber, doctoraat, wie is een Radcliffe Fellow 2017-2018, National Geographic-verkenner, en hoogleraar biologie en milieuwetenschappen aan het Baruch College, CUNY.

Het idee om vouweigenschappen toe te passen op het verzamelen van onderwatermonsters begon in 2014 toen eerste auteur Zhi Ern Teoh, doctoraat les gehad van Chuck Hoberman, MEVROUW., een Wyss Associate Faculty Member en Pierce Anderson Lecturer in Design Engineering aan de Harvard Graduate School of Design, over het creëren van vouwmechanismen door middel van computationele middelen. "Ik bouwde microrobots met de hand op de graduate school, wat zeer nauwgezet en vervelend werk was, en ik vroeg me af of er een manier was om een ​​plat oppervlak in een driedimensionale vorm te vouwen met behulp van een motor, " zei Teoh, een voormalig Wyss Postdoctoral Fellow in het lab van Robert Wood, doctoraat, die nu ingenieur is bij Cooper Perkins.

Een medelid van het Wood lab destijds, Brennan Philips, doctoraat - nu assistent-professor Ocean Engineering aan de Universiteit van Rhode Island - zag Teoh's ontwerpen en stelde voor om het aan te passen om zeedieren te vangen, die notoir moeilijk te grijpen zijn met bestaande onderwaterapparatuur die grotendeels is ontworpen voor het ruwe werk van mijnbouw en constructie in de oceaan.

Het apparaat dat Teoh heeft gebouwd, bestaat uit vijf identieke 3D-geprinte polymeer "bloemblaadjes" die zijn bevestigd aan een reeks roterende verbindingen die aan elkaar zijn gekoppeld om een ​​steiger te vormen. Wanneer een enkele motor een koppel toepast op het punt waar de bloembladen samenkomen, het zorgt ervoor dat de hele structuur rond zijn gewrichten draait en opvouwt tot een holle dodecaëder (zoals een twaalfzijdige, bijna ronde doos), waardoor het de naam Rotary Actuated Dodecahedron (RAD) kreeg. Het vouwen wordt volledig gestuurd door het ontwerp van de gewrichten en de vorm van de bloembladen zelf; er is geen andere invoer vereist.

Het team heeft de RAD-sampler getest in Mystic Aquarium in Mystic, CT en met succes verzamelde en vrijgegeven maankwallen onder water. Na het aanbrengen van wijzigingen aan de sampler, zodat deze bestand is tegen open oceaanomstandigheden, ze monteerden het vervolgens op een onderwater op afstand bediend voertuig (ROV) geleverd door het Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) in Monterey, CA en testte het in het veld op een diepte van 500-700 m (1, 600-2, 300 ft) met behulp van de manipulatorarm van de ROV en de door mensen bestuurde joystick om de sampler te bedienen. Het team was in staat om zachte organismen zoals inktvissen en kwallen te vangen in hun natuurlijke habitat, en laat ze zonder schade vrij.

"Het ontwerp van de RAD-sampler is perfect voor de moeilijke omgeving van de diepe oceaan, omdat de bediening heel eenvoudig is, dus er zijn minder elementen die kunnen breken. Het is ook modulair, dus als er iets kapot gaat, we kunnen dat onderdeel eenvoudig vervangen en de monsternemer terug in het water sturen, " zei Teoh. "Dit opvouwbare ontwerp is ook zeer geschikt om in de ruimte te worden gebruikt, wat vergelijkbaar is met de diepe oceaan in die zin dat het een lage zwaartekracht heeft, onherbergzame omgeving die het bedienen van elk apparaat een uitdaging maakt."

Teoh en Phillips werken momenteel aan een robuustere versie van de RAD-sampler voor gebruik bij zwaardere onderwatertaken, zoals mariene geologie, terwijl Gruber en Wood zich concentreren op het verder verfijnen van de meer delicate vaardigheden van de sampler. "We willen graag camera's en sensoren aan de sampler toevoegen zodat, in de toekomst, we kunnen een dier vangen, verzamel er veel gegevens over, zoals de grootte, materiële eigenschappen, en zelfs zijn genoom, en laat het dan los, bijna als een onderwater ontvoering door buitenaardse wezens, ' zei Gruber.

"De samenwerking van onze groep met de mariene biologiegemeenschap heeft de deur geopend voor zachte robotica en op origami geïnspireerde engineering om die technologieën toe te passen om problemen op te lossen in een geheel andere discipline, en we zijn verheugd om de manieren te zien waarop deze synergie nieuwe oplossingen creëert, " zei Hout, die een Founding Core Faculty-lid is van het Wyss Institute, de Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences aan SEAS, en ook een National Geographic Explorer.

"Samenwerking tussen disciplines is een bepalend kenmerk van het Wyss Institute, en dit werk illustreert hoe nieuwe innovaties kunnen ontstaan ​​wanneer wetenschappers uit enorm verschillende vakgebieden met elkaar gaan communiceren, " zei Don Ingber, MD, doctoraat, de oprichter en directeur van het Wyss Institute, die ook de Judah Folkman Professor of Vascular Biology is aan de Harvard Medical School en het Vascular Biology Program aan het Boston Children's Hospital, evenals een professor in bio-engineering aan SEAS.