Estudando Aliens of the Deep

Crédito: Wyss Institute na Universidade de Harvard

Crédito: Wyss Institute na Universidade de Harvard

Crédito: Wyss Institute na Universidade de Harvard

Crédito: Wyss Institute na Universidade de Harvard

Crédito: Wyss Institute na Universidade de Harvard

Crédito: Wyss Institute na Universidade de Harvard

Crédito: Wyss Institute na Universidade de Harvard

Crédito: Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI)

Previous Next

Amostrador de poliedro dobrável permite fácil captura e liberação de delicados organismos subaquáticos

O oceano aberto é o maior e menos explorado ambiente da Terra, estimado para conter até um milhão de espécies que ainda precisam ser descritas. No entanto, muitos desses organismos são de corpo mole - como águas-vivas, lulas e polvos - e são difíceis de capturar para estudo com as ferramentas submarinas existentes, que frequentemente as danificam ou destroem. Agora, um novo dispositivo desenvolvido por pesquisadores do Instituto Wyss da Universidade de Harvard, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson e do Instituto Radcliffe de Estudos Avançados prende com segurança criaturas marinhas delicadas dentro de um recinto poliédrico e permite que elas não sofram danos usando um design inspirado em origami. A pesquisa é relatada na Science Robotics.

“Nós abordamos esses animais como se eles fossem obras de arte: cortaríamos pedaços da Mona Lisa para estudá-la? Não, usamos as ferramentas mais inovadoras disponíveis. Esses organismos de águas profundas, alguns com milhares de anos, merecem ser tratados com uma gentileza semelhante quando estamos interagindo com eles ”, disse o autor colaborador David Gruber, Ph.D., que é bolsista de Radcliffe de 2017–2018. National Geographic Explorer, e Professor de Biologia e Ciências Ambientais no Baruch College, CUNY.

A ideia de aplicar propriedades de dobramento na coleta de amostras subaquáticas começou em 2014, quando o primeiro autor Zhi Ern Teoh, Ph.D. Teve uma aula com Chuck Hoberman, MS, um membro da faculdade Wyss Associate e Pierce Anderson Professor de Engenharia de Design na Harvard Graduate School of Design, sobre a criação de mecanismos de dobramento através de meios computacionais. “Eu estava construindo microrrobôs à mão na pós-graduação, o que era um trabalho muito penoso e tedioso, e me perguntei se havia uma maneira de dobrar uma superfície plana em uma forma tridimensional usando um motor”, disse Teoh, ex-Wyss. Pós-doutorando no laboratório de Robert Wood, Ph.D., que agora é engenheiro da Cooper Perkins.

Um membro do laboratório Wood na época, Brennan Phillips, Ph.D. - agora Professor Assistente de Engenharia Oceânica da Universidade de Rhode Island - viu os projetos de Teoh e sugeriu que ele o adaptasse para capturar criaturas marinhas, que são notoriamente difíceis de pegue com o equipamento submarino existente que é amplamente projetado para o trabalho duro da mineração e construção oceânica.

O dispositivo que o Teoh construiu consiste de cinco “pétalas” de polímero impressas em 3D idênticas presas a uma série de juntas rotativas que são unidas para formar um andaime. Quando um único motor aplica um torque ao ponto em que as pétalas se encontram, ele faz com que toda a estrutura gire em torno de suas juntas e se dobre em um dodecaedro oco (como uma caixa quase redonda de doze lados), ganhando o nome de Dodecaedro Atuado por Rotação (RAD). A dobra é inteiramente dirigida pelo desenho das juntas e pela forma das próprias pétalas; nenhuma outra entrada é necessária.

A equipe testou o amostrador RAD no Mystic Aquarium em Mystic, CT e coletou e liberou com sucesso água-vivas da lua debaixo d'água. Depois de fazer modificações no amostrador para suportar as condições de oceano aberto, eles então o montaram em um veículo submerso operado remotamente (ROV) fornecido pelo Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) em Monterey, Califórnia, e o testaram em campo. profundidades de 500–700 m (1.600–2.300 pés) usando o braço manipulador do ROV e o joystick controlado pelo homem para operar o amostrador. A equipe foi capaz de capturar organismos moles como lulas e águas-vivas dentro de seus habitats naturais e liberá-los sem danos.

“O design do amostrador RAD é perfeito para o ambiente difícil do oceano profundo porque seus controles são muito simples, então há menos elementos que podem quebrar. Também é modular, portanto, se algo quebrar, podemos simplesmente substituir essa peça e enviar o amostrador de volta para a água ”, disse Teoh. “Esse design dobrável também é adequado para ser usado no espaço, que é semelhante ao oceano profundo, pois é um ambiente inóspito e de baixa gravidade que torna o funcionamento de qualquer dispositivo desafiador”.

Teoh e Phillips estão atualmente trabalhando em uma versão mais robusta do amostrador RAD para uso em tarefas submarinas mais pesadas, como geologia marinha, enquanto Gruber e Wood estão se concentrando em refinar ainda mais as habilidades mais delicadas do sampler. “Gostaríamos de adicionar câmeras e sensores ao amostrador para que, no futuro, possamos capturar um animal, coletar muitos dados sobre ele, como seu tamanho, propriedades do material e até mesmo seu genoma, e então deixá-lo ir, quase como um sequestro de um alienígena submarino ”, disse Gruber.

“A colaboração do nosso grupo com a comunidade de biologia marinha abriu as portas para os campos da robótica leve e da engenharia inspirada nos origamis para aplicar essas tecnologias para resolver problemas em uma disciplina completamente diferente, e estamos entusiasmados em ver as maneiras pelas quais essa sinergia cria soluções inovadoras ”, disse Wood, que é membro do Corpo Docente do Núcleo da Fundação do Instituto Wyss, professor de Engenharia e Ciências Aplicadas da Charles River no SEAS e também explorador da National Geographic.

"Colaboração entre disciplinas é uma característica definidora do Instituto Wyss, e este trabalho exemplifica como novas inovações podem surgir quando cientistas de campos muito diferentes começam a se comunicar uns com os outros", disse Don Ingber, MD, Ph.D., diretor fundador da Wyss Institute. o Wyss Institute, que também é professor de Biologia Vascular de Judá na Harvard Medical School e no Programa de Biologia Vascular do Boston Children's Hospital, além de professor de Bioengenharia na SEAS.

Phillips é atualmente professor assistente de engenharia oceânica na Universidade de Rhode Island. Outros autores do artigo incluem Kaitlyn Becker, Griffin Whittredge e James Weaver, Ph.D. do Wyss Institute e do SEAS.

Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation e pela National Academy of Sciences.