这个3d打印的折纸陷阱捕捉到了微妙的海洋生物而不会伤害它们

在陆地上说某人“没骨气”是一种侮辱,但在海洋里,这只是一种明智的生活方式选择。从水母到章鱼,从海葵到海参,海浪下的生命中充满了柔软的无脊椎动物。但是,尽管这些软体完全适应了海洋的巨大压力,但它们给希望研究它们的科学家们带来了一个问题。如何在不受损害的情况下取回如此脆弱的生物体?...

在陆地上说某人“没骨气”是一种侮辱,但在海洋里,这只是一种明智的生活方式选择。从水母到章鱼,从海葵到海参,海浪下的生命中充满了柔软的无脊椎动物。但是,尽管这些软体完全适应了海洋的巨大压力,但它们给希望研究它们的科学家们带来了一个问题。如何在不受损害的情况下取回如此脆弱的生物体?

答案之一可能在于日本的折纸艺术。受传统折纸技术的启发,工程师和海洋生物学家设计了一个3D打印的12面折纸陷阱,可以在毫无戒备的海洋生物周围轻轻折叠。该装置(简称为旋转驱动十二面体,简称RAD)可以连接到水下探测车的臂上,并远程触发,以安全捕获软质海洋生物。

该装置已经成功测试,在700米深的海洋中捕获了小乌贼、章鱼和水母。但它的设计足够坚固,可以在11公里的深度工作,并且可以很容易地扩大规模以瞄准更大的生物。

帮助设计RAD的海洋生物学家大卫·格鲁伯告诉《边缘》杂志,像这样的新技术是探索海洋的关键。从20世纪20年代开始,研究海洋生物的尝试依赖于成功地在海洋中拖网捕捞鱼类和甲壳类动物等硬体物种的渔网。然而,他们捕获的东西是不分青红皂白的,他们粉碎了胶状生命体。像吸力取样器这样的新设备(实际上是从远程漫游者那里收集样本)可以针对特定的生物体,但它们仍然可以破坏脆弱的生命形式。

这意味着对水母、鸡冠冻和被囊动物等软体动物的研究被“忽视”,格鲁伯说。出于这个原因,它们甚至被称为“被遗忘的动物群”。格鲁伯说,在新技术的帮助下,我们才刚刚开始了解这些生物在海洋生态系统中扮演的重要角色。”全球范围内,胶状浮游动物的生物量估计超过380亿千克碳,”他指出。这大约是世界总生物量(生物体的干重)的7%,或者说是人类总生物量的100多倍。

不过,设计RAD并不容易,而且该设备充满了小而重要的设计元素。例如,十二面体面板之间留有间隙,以便在海洋探测车从海底到达地面时阻止内部压力积聚。这些面板的边缘也比主体的耐用塑料更柔软(做出这一决定是为了使该装置不会意外地截肢任何为逃生而战斗的海洋生物。)

但据哈佛大学机械工程师张志恩(Zhi Ern Teoh)说,关键的挑战是只用一个马达就能让折纸展开。这样做意味着整个系统的故障点更少,并且可以通过单个命令折叠和展开。但这意味着Teoh和他的同行们必须设计一系列复杂的连接装置,将设备的12个面板中的每个面板连接回中央电机。这些装置必须足够轻,不致使发动机变形,并且必须足够坚固,不致于中途中断任务。

这种折纸装置只是目前正在探索的捕获软体海洋生物的方法之一。其他科学家已经用乌贼手指制成的机器人手进行了实验,这种手非常适合抓取珊瑚。但Teoh和Gruber说,这种新设计的一大优势是它具有修改的潜力。

如上所述,基本的折纸机制可以放大到几乎任何大小,允许它捕获更大的物种(Teoh说,一个人类大小的版本甚至可以用于太空探索中的自立栖息地。)虽然RAD目前是手动操作的,但它也可以变成一个带有诱饵的自动陷阱,吸引海洋生物,并通过传感器检测它们何时处于被抓的正确位置。

格鲁伯更是雄心勃勃。”我认为这是一种平台技术,我们希望它能继续发展,”他说我们的梦想是将精致的深海动物围起来,拍摄3D图像,包括硬度等特性,在表面3D打印该动物,并用一把“牙刷”搔痒该生物以获得其完整的基因组。然后,我们会发布它。”

  • 发表于 2021-08-24 21:33
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  • 分类:互联网

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