Роботы помогают в научных исследованиях

Глубоководные обитатели вдохновляют ученых, постоянно раскрывая им понимание того, как жизнь развивалась в океане.

Но толстые, выпуклые и скользкие существа довольно трудно изучать потому, что они пытаются ускользнуть от любого, кто пытается их осмотреть.

Так было раньше. В новой статье, опубликованной в журнале о новых технологиях и робототехнике Science Robotics, инженер по механическим материалам Нина Синатра из Гарвардского университета и ее коллеги разработали нового робота для научных исследований с достаточно мягкими щупальцами, похожими на пальцы, чтобы поймать скользких морских существ, не причиняя им вреда.

«Мы действительно хотели думать об этом, как о нежном объятии животного», – говорит Синатра в журнале Popular Mechanics. «Медуза – сложное существо для взаимодействия, поэтому для нас, для инженеров, это была интересная задача проектирования».

Робот Синатры имеет шесть пальцевидных отростков которые растягиваются и деликатно сжимаются вокруг объекта. Воздушный канал внутри каждого пальца может находиться под давлением, заставляя их изгибаться во внутрь, и мягкое внешнее силиконовое покрытие каждого пальца обволакивается сеткой из нановолокон, которые помогают направлять их движения.

Синатра и ее коллеги впервые практиковались в использовании устройства на искусственных медузах в своей лаборатории. Чтобы оценить успех бота, исследователи хотели посмотреть, смогут ли пальцы противостоять силам извивающихся животных. Скорость также была важным фактором: если руки закрывались слишком быстро, они могли проткнуть медузу, но если они закрывались слишком медленно, она могла выскользнуть и уплыть.

Команда также отслеживала долговечность бота. Синатра говорит, что он смог выполнить 100 захватов, прежде чем пальцы износились.

Затем ученые отправились в Аквариум Новая Англия в Бостоне, чтобы протестировать четырехпалую версию устройства на трех распространенных видах медуз: ушастая аурелия, голубая жировая медуза и золотая медуза. Но все три вышеперечисленных испытуемых легко ускользнули от устройства с четырьмя “пальцами”, поэтому ученые добавили два дополнительных пальца вверху и внизу ладони, чтобы обеспечить более крепкий захват.

Чтобы обезопасить животных во время отлова, роботу нужно приложить необходимое количество давления. Синатра говорит, что контактное давление (сила, создаваемая двумя объектами, отталкивающими друг от друга) в 1 килопаскаль (кПа) или более может потенциально раздавить хрупкое тело “желе”. Во время испытаний робот работал со средним контактным давлением примерно 0,05 кПа, что намного ниже предела 1 кПа.

Современные методы включают в себя уборку мягких животных с использованием сетей, которые могут запутывать животных, или даже убить их. В 2018 году Синатра была частью команды исследователей из Университета Род-Айленда, Барухского колледжа и Гарвардского университета, которые обнаружили странное устройство, предназначенное для захвата “без прикосновения”. К сожалению, когда контейнер приближался к животным, он периодически зажимал их щупальца.

Какани Катия, главный инженер Исследовательского института аквариумов Монтерейского залива, рассказывает «Популярной механике», что «сбор глубоководных существ является неестественным процессом», поэтому неясно, насколько эффективны такие устройства в защите животных от “стресса сбора”. Но «будет интересно посмотреть, как она (технология сбора) используется и меняется с дальнейшим развитием», – говорит она.

Синатра возлагает большие надежды на своего бота. У него самое низкое давление по сравнению с любым роботизированным захватом, и она считает, что это может помочь выявить и отобрать новые виды медуз, которые слишком хрупки, чтобы их можно было ловить с использованием современных методов. В будущем, эти технологии могут быть модифицированы, а значит – станут полезными в научных исследованиях. На сегодняшний день, этот бот идеально подходит для ловли любого глубоководного обитателя, которого ученые пытаются изучить.