De diepe oceaan - donker, koud, onder hoge druk, en luchtloos - is notoir ongastvrij voor mensen, toch wemelt het van organismen die erin slagen te gedijen in zijn barre omgeving. Het bestuderen van die wezens vereist gespecialiseerde apparatuur die is gemonteerd op op afstand bediende voertuigen (ROV's) die bestand zijn tegen die omstandigheden om monsters te verzamelen. Deze apparatuur, voornamelijk ontworpen voor de onderwaterolie- en mijnbouwindustrieën, is onhandig, duur, en moeilijk te manoeuvreren met het soort controle dat nodig is voor interactie met het delicate zeeleven. Het plukken van een delicate zeeslak van de oceaanbodem met deze gereedschappen is vergelijkbaar met proberen een druif te plukken met een snoeischaar.

Nutsvoorzieningen, een multidisciplinaire groep ingenieurs, mariene biologen, en robotici hebben een alternatief bemonsteringsapparaat ontwikkeld dat zacht, flexibel, en aanpasbaar, waardoor wetenschappers voorzichtig verschillende soorten organismen uit de zee kunnen pakken zonder ze te beschadigen, en 3D-printaanpassingen aan het apparaat 's nachts zonder de noodzaak om terug te keren naar een laboratorium op het land. Het onderzoek wordt gerapporteerd in PLOS One .

"Bij interactie met zachte, delicate onderwaterwezens, het is het meest logisch dat uw bemonsteringsapparatuur ook zacht en zachtaardig is, " zei co-auteur Rob Wood, doctoraat, een van de oprichters van de kernfaculteit van het Wyss Institute, die ook de Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences is aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). "Het is pas recent dat het gebied van zachte robotica zich heeft ontwikkeld tot het punt waarop we robots kunnen bouwen die deze dieren betrouwbaar en onschadelijk kunnen grijpen."

De "zachte grijper" -apparaten die het team heeft ontworpen, hebben ergens tussen de twee en vijf "vingers" gemaakt van polyurethaan en andere zachte materialen die openen en sluiten via een hydraulisch lagedrukpompsysteem dat zeewater gebruikt om hun beweging aan te drijven. De grijpers zelf zijn bevestigd aan een houten bal die wordt vastgehouden en gemanipuleerd met behulp van een bestaande, harde klauwachtige gereedschappen, bestuurd door een menselijke operator op het schip waaraan de ROV is vastgemaakt.

Het team heeft hun nieuwste versie van de softgrippers ingezet tijdens een reis aan boord van R/V Falkor in het afgelegen beschermde gebied van de Phoenix-eilanden in de Stille Zuidzee. Een dergelijke geïsoleerde omgeving betekende dat het bijna onmogelijk zou zijn om nieuwe onderdelen voor de grijpers te krijgen, dus brachten ze twee 3D-printers mee om on-the-fly nieuwe componenten te maken.

"Een maand op een schip zitten betekende dat we alles moesten kunnen maken wat we nodig hadden, en het blijkt dat de 3D-printers heel goed werkten om dat op de boot te doen. We hadden ze bijna 24/7 draaiende, en we konden feedback krijgen van de ROV-operators over hun ervaring met het gebruik van de softgrippers en van de ene op de andere dag nieuwe versies maken om eventuele problemen aan te pakken, " zei Daniël Vogt, MEVROUW., een onderzoeksingenieur aan het Wyss Institute die de eerste auteur van het artikel is.

De zachte grijpers konden zeeslakken grijpen, koralen, sponzen, en ander zeeleven veel effectiever en met minder schade dan traditionele onderwaterbemonsteringsinstrumenten. Op basis van input van de ROV-operators, het team 3D-geprinte "vingernagel"-extensies die aan de vingers van de grijper konden worden toegevoegd om hen te helpen onder monsters te komen die op harde oppervlakken zaten. Aan elke vinger is ook een flexibel gaas toegevoegd om de monsters binnen de greep van de vingers te houden. Een ander, tweevingerige versie van de grijpers is ook gemaakt op basis van de bekendheid van ROV-piloten met het besturen van bestaande tweevingerige grijpers, en hun verzoek dat de twee vingers monsters kunnen vasthouden met zowel een "knijp" -greep (voor kleine objecten) en een "kracht" -greep (voor grote objecten).

Het team blijft de grijpers ontwikkelen, in de hoop sensoren toe te voegen die de ROV-operator kunnen aangeven wanneer de grijpers in contact komen met een organisme, "voelen" hoe hard of zacht het is, en neem andere metingen. uiteindelijk, hun doel is om zeedieren in de diepe oceaan te vangen en volledige fysieke en genetische gegevens te verkrijgen zonder ze uit hun oorspronkelijke habitat te halen.

"De mogelijkheid om binnen enkele uren variaties van deze zachte robots te 3D-printen om veilig te communiceren met verschillende soorten zeeleven, heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop veldwerk in de mariene biologie wordt gedaan, " zei co-corresponderende auteur David Gruber, doctoraat, wie is een Radcliffe Fellow 2017-2018, National Geographic-verkenner, en hoogleraar biologie en milieuwetenschappen aan het Baruch College, CUNY.

"Nieuwe technologieën stellen ons voortdurend in staat om de beperkingen van oude technologieën te overwinnen, die maar al te vaak gewoon worden geaccepteerd als de status quo en nooit worden uitgedaagd, " zei Donald Ingber, oprichter van het Wyss Institute, MD, doctoraat, die ook de Judah Folkman Professor of Vascular Biology is aan de HMS en het Vascular Biology Program aan het Boston Children's Hospital, evenals hoogleraar bio-engineering aan SEAS. "Met 3D-printen en zachte robottechnologieën kunnen de ontwerp- en iteratieprocessen nu op locatie plaatsvinden in plaats van in het laboratorium, sneller maken, gemakkelijker, en goedkoper om oplossingen voor bestaande problemen te creëren."