De menselijke arm kan een breed scala aan uiterst delicate en gecoördineerde bewegingen uitvoeren, van een sleutel in een slot draaien tot het zachtjes aaien van de vacht van een puppy. De robotarmen op onderwateronderzoeksonderzeeërs, echter, zijn moeilijk, schokkerig, en missen de finesse om wezens zoals kwallen of octopussen te bereiken en ermee om te gaan zonder ze te beschadigen. Eerder, het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan de Harvard University en medewerkers hebben een reeks zachte robotgrijpers ontwikkeld om het delicate zeeleven veiliger te hanteren, maar die grijpapparaten vertrouwden nog steeds hard op, robotachtige onderzeeërarmen die het moeilijk maakten om ze in verschillende posities in het water te manoeuvreren.

Nutsvoorzieningen, een nieuw systeem gebouwd door wetenschappers van het Wyss Institute, Harvard's John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Baruchcollege, en de University of Rhode Island (URI) gebruikt een handschoen die is uitgerust met draadloze zachte sensoren om een ​​modulaire, zachte robotarm die kan buigen en bewegen met ongekende behendigheid om het delicate waterleven vast te pakken en te proeven. Dit systeem zou op een dag de oprichting van onderzeese onderzoekslaboratoria mogelijk kunnen maken, waar alle delicate taken die wetenschappers in een landlaboratorium uitvoeren op de bodem van de oceaan kunnen worden uitgevoerd. Inzichten uit dit werk kunnen mogelijk ook waardevol zijn voor toepassingen van medische hulpmiddelen. Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

"Deze nieuwe zachte robotarm vervangt de harde, stijve armen die standaard zijn op de meeste duikboten, waardoor onze zachte robotgrijpers veel gemakkelijker het zeeleven kunnen bereiken en ermee kunnen omgaan in een verscheidenheid aan omgevingen en ons in staat stellen delen van de oceaan te verkennen die momenteel onderbelicht zijn, " zei eerste auteur Brennan Phillips, doctoraat, een assistent-professor bij URI die een postdoctoraal onderzoeker was bij het Wyss Institute en SEAS toen het onderzoek werd voltooid.

Het door Phillips en zijn collega's ontwikkelde apparaat kenmerkt zich door buigen, roterend, en grijpmodules die gemakkelijk kunnen worden toegevoegd of verwijderd om de arm verschillende soorten bewegingen te laten uitvoeren op basis van de uit te voeren taak - een aanzienlijk voordeel, gezien de diversiteit van het terrein en het leven in de oceaan. Andere verbeteringen ten opzichte van bestaande zachte manipulatoren zijn onder meer een compact en robuust hydraulisch regelsysteem voor gebruik in afgelegen en ruwe omgevingen. Het hele systeem vereist minder dan de helft van het vermogen van de kleinste commercieel verkrijgbare diepzee elektronische manipulatorarm, waardoor het ideaal is voor gebruik op bemande onderzeese voertuigen, die een beperkte batterijcapaciteit hebben.

De arm wordt draadloos bestuurd via een handschoen uitgerust met zachte sensoren die wordt gedragen door een wetenschapper, die het buigen en draaien van de arm regelt door hun pols te bewegen en de grijpers door hun wijsvinger te krullen. Die bewegingen worden vertaald in het openen en sluiten van verschillende kleppen in de door zeewater aangedreven hydraulische motor van het systeem. Er kunnen verschillende soorten zachte grijpers aan het uiteinde van de arm worden bevestigd, zodat deze kan communiceren met wezens van verschillende vormen, maat, en delicatesse, van hard, broze koralen tot zacht, doorschijnende kwallen.

"De momenteel beschikbare onderzeese robotarmen werken goed voor olie- en gasexploratie, maar niet voor het omgaan met delicaat zeeleven - ze gebruiken is als proberen een servet op te pakken met een metalen krabklauw, " zei co-auteur David Gruber, doctoraat, die hoogleraar biologie is aan het Baruch College, CUNY en een National Geographic Explorer. "Het handschoenbesturingssysteem stelt ons in staat om een ​​veel intuïtievere controle over de zachte robotarm te hebben, zoals hoe we onze eigen armen zouden bewegen tijdens SCUBA-duiken."

De robotarm en het grijpersysteem zijn in de praktijk getest vanuit een onderzeeër voor 3 personen in de onontgonnen diepzee-ecosystemen van de Fernando de Noronha-archipel, Brazilië. Het was met succes in staat om te interageren met of delicate organismen in het midden- en diepzeewater te verzamelen, zoals een glazen spons, een zeekomkommer, een vertakkend koraal, en vrij zwevende bioluminescente manteldieren. Verschillende modules werden snel en gemakkelijk in de arm verwisseld om de grijpers beter te kunnen manoeuvreren om het doelorganisme te bereiken, of in het geval dat een module beschadigd is, zonder de hele arm te hoeven demonteren.

"Deze laagdrempelige, handschoengestuurde zachte robot is ontworpen met de toekomstige zeebioloog in gedachten, die in staat zal zijn om wetenschap te bedrijven tot ver buiten de grenzen van SCUBA en met vergelijkbare of betere middelen dan via een menselijke duiker, " zei Robert Wood, doctoraat, een senior auteur van het artikel die een Founding Core Faculty-lid is van het Wyss Institute en de Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences bij SEAS.

De onderzoekers blijven hun ontwerpen verfijnen en nemen niet-invasieve DNA- en RNA-bemonsteringscapaciteiten op in de bedieningseenheden van het armsysteem, met als doel het kwetsbare zeeleven vast te kunnen leggen, een reeks experimenten uitvoeren in een "onderwaterlaboratorium, " en laat ze ongedeerd vrij.

"Het doel van het Wyss Institute is om wetenschappelijke ontdekkingen uit het lab en de wereld in te krijgen, maar soms moeten we bedenken hoe we het wetenschappelijk laboratorium zelf kunnen aanpassen, zodat het uit de academische wereld kan worden gehaald om in de echte wereld te kunnen onderzoeken. Dit onderzoek markeert het begin van die mogelijkheid voor de diepzee, en de vorderingen die ze beschrijven, kunnen een veel bredere waarde hebben, zelfs voor medische en chirurgische toepassingen, " zei Donald Ingber, MD, doctoraat, de oprichter en directeur van het Wyss Institute, die ook de Judah Folkman Professor of Vascular Biology aan de HMS en het Vascular Biology Program in het Boston Children's Hospital is, en hoogleraar bio-engineering aan SEAS.