Nueva Pinza Robótica Ultra Suave Atrapa Medusas De Forma Segura [Video]

Pinza ultra suave del Instituto Wyss

Una nueva pinza ultra suave desarrollada en el Wyss Institute y Baruch College utiliza “dedos” de silicona tipo fettuccini inflados con agua para agarrar las medusas con suavidad pero con firmeza y liberarlas sin dañarlas, lo que permite a los científicos interactuar de forma segura con estas delicadas criaturas en sus propios hábitats. . Crédito: Anand Varma

Al proporcionar un agarre suave a las criaturas gelatinosas, una nueva pinza submarina ultrasuave atrapa y libera medusas de manera segura sin dañarlas.

Las medusas son aproximadamente un 95% de agua, lo que las convierte en algunos de los animales más diáfanos y delicados del planeta. Pero el 5% restante de ellos ha arrojado importantes descubrimientos científicos, como la proteína verde fluorescente (GFP) que ahora los científicos utilizan ampliamente para estudiar la expresión génica, y la reversión del ciclo de vida que podría contener las claves para combatir el envejecimiento. Es muy posible que las medusas alberguen otros secretos que pueden cambiar la vida, pero la dificultad de recolectarlos ha limitado severamente el estudio de tal “fauna olvidada”. Las herramientas de muestreo disponibles para los biólogos marinos en vehículos operados por control remoto (ROV) se desarrollaron en gran medida para las industrias del gas y el petróleo marino, y son mucho más adecuadas para agarrar y manipular rocas y equipo pesado que las medusas, a menudo triturando en pedazos en un intento capturarlos.

Ahora, una nueva tecnología desarrollada por investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard, la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) y el Baruch College de CUNY ofrece una solución novedosa a ese problema en forma de un ultra- pinza subacuática suave que utiliza presión hidráulica para envolver suave pero firmemente sus dedos tipo fettuccini alrededor de una sola medusa y luego soltarla sin causar daño. La pinza se describe en un nuevo artículo publicado en Science Robotics .

“Nuestra pinza ultra suave es una clara mejora con respecto a los dispositivos de muestreo de aguas profundas existentes para medusas y otras criaturas de cuerpo blando que de otra manera serían casi imposibles de recolectar intactas”, dijo la primera autora Nina Sinatra, Ph.D., ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Robert Wood en el Instituto Wyss. “Esta tecnología también se puede ampliar para mejorar las técnicas de análisis submarino y permitir un estudio exhaustivo de las características ecológicas y genéticas de los organismos marinos sin sacarlos del agua”.

Nina Sinatra

Primera autora Nina Sinatra, Ph.D. prueba la pinza ultra suave en una medusa en el Acuario de Nueva Inglaterra. Crédito: Anand Varma

Los seis “dedos” de la pinza están compuestos por tiras delgadas y planas de silicona con un canal hueco en el interior adherido a una capa de nanofibras poliméricas flexibles pero más rígidas. Los dedos están unidos a una “palma” de plástico rectangular impresa en 3D y, cuando sus canales están llenos de agua, se curvan en la dirección del lado recubierto de nanofibras. Cada uno de los dedos ejerce una presión extremadamente baja, alrededor de 0.0455 kPA, o menos de una décima parte de la presión del párpado de un ser humano en su ojo. Por el contrario, las pinzas marinas blandas de última generación, que se utilizan para capturar animales delicados pero más robustos que las medusas, ejercen aproximadamente 1 kPA.

Los investigadores colocaron su pinza ultra suave en un dispositivo de mano especialmente creado y probaron su capacidad para agarrar una medusa de silicona artificial en un tanque de agua para determinar el posicionamiento y la precisión necesarios para recolectar una muestra con éxito, así como el ángulo óptimo. y velocidad a la que se captura una medusa. Luego pasaron a lo real en el Acuario de Nueva Inglaterra, donde usaron las pinzas para agarrar gelatinas lunares, grasa de gelatina y gelatinas manchadas, todas del tamaño de una pelota de golf.

La pinza pudo atrapar con éxito a cada medusa contra la palma del dispositivo, y las medusas no pudieron liberarse del agarre de los dedos hasta que la pinza se despresurizó. La medusa no mostró signos de estrés u otros efectos adversos después de ser liberada, y los dedos pudieron abrirse y cerrarse aproximadamente 100 veces antes de mostrar signos de desgaste.

“Los biólogos marinos han estado esperando durante mucho tiempo una herramienta que reproduzca la gentileza de las manos humanas al interactuar con animales delicados como las medusas de entornos inaccesibles”, dijo el coautor David Gruber, Ph.D., profesor de biología y Ciencias Ambientales en Baruch College, CUNY y Explorador de National Geographic. “Esta pinza es parte de una caja de herramientas robótica suave en constante crecimiento que promete hacer que la recolección de especies submarinas sea más fácil y segura, lo que mejoraría enormemente el ritmo y la calidad de la investigación en animales que han sido subestudiados durante cientos de años, dándonos un una imagen más completa de los complejos ecosistemas que componen nuestros océanos “.

La pinza ultra suave es la última innovación en el uso de robótica suave para muestreo bajo el agua, una colaboración continua entre Gruber y Robert Wood, Ph.D., miembro de la Facultad Fundadora de Wyss. que ha producido el muestreador RAD inspirado en el origami y los “dedos blandos” multifuncionales para recolectar una variedad diversa de organismos difíciles de capturar, incluidos calamares, pulpos, esponjas, látigos marinos, corales y más.

“La robótica suave es una solución ideal para problemas de larga data como este en una amplia variedad de campos, porque combina la capacidad de programación y la robustez de los robots tradicionales con una delicadeza sin precedentes gracias a los materiales flexibles utilizados”, dijo Wood, quien es el co -líder de la Plataforma de Robótica Suave Bioinspired del Instituto Wyss, el Profesor Charles River de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS, y un Explorador de National Geographic.

“En el Instituto Wyss siempre nos preguntamos: ‘¿Cómo podemos mejorar esto?’ Estoy extremadamente impresionado por el ingenio y el pensamiento innovador que Rob Wood y su equipo han aplicado para resolver un problema del mundo real que existe en el océano abierto, en lugar de en el laboratorio. Esto podría ayudar a promover en gran medida las ciencias oceánicas ”, dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es profesor de Biología Vascular Judah Folkman en la Escuela de Medicina de Harvard, el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, y Catedrático de Bioingeniería en SEAS.

El equipo continúa perfeccionando el diseño de la pinza ultra suave y tiene como objetivo realizar estudios que evalúen la respuesta fisiológica de las medusas al ser sostenidas por la pinza, para demostrar de manera más definitiva que no causan estrés a los animales. Wood y Gruber también son co-investigadores principales del proyecto “Designing the Future” del Schmidt Ocean Institute, y probarán sus diversos robots submarinos en una próxima expedición a bordo del barco de investigación Falkor en 2020.

Otros autores del artículo son Clark Teeple, Daniel Vogt, MS y Kevin Kit Parker, Ph.D. del Wyss Institute y Harvard SEAS. Parker es miembro fundador del cuerpo docente principal del Instituto Wyss y profesor de la familia Tarr de bioingeniería y física aplicada en SEAS. La investigación fue apoyada por la National Science Foundation, el Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Universidad de Harvard, la Iniciativa Keck Futures de las Academias Nacionales y la National Geographic Society.

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Referencia: “Manipulación ultralenta de estructuras delicadas utilizando una pinza robótica blanda” por Nina R. Sinatra, Clark B. Teeple, Daniel M. Vogt, Kevin Kit Parker, David F. Gruber y Robert J. Wood, 28 de agosto de 2019, Science Robótica .
DOI: 10.1126 / scirobotics.aax5425

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