研究深刻的外星人
图片来源：哈佛大学威斯学院
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图片来源：蒙特利湾水族馆研究所（MBARI）
折叠多面体采样器可以轻松捕获和释放脆弱的水下生物
开阔的海洋是地球上最大和最少探索的环境，估计可容纳多达100万种尚未被描述的物种。然而，这些生物体中的许多都是软体状的水母，鱿鱼和章鱼 - 并且难以用现有的水下工具捕获，这些工具经常损坏或破坏它们。现在，由哈佛大学Wyss研究所的研究人员，John A. Paulson工程与应用科学学院（SEAS）和拉德克利夫高级研究所开发的新设备可以安全地将精致的海洋生物捕获在折叠的多面体外壳内，让它们无损伤采用新颖的折纸设计。该研究报告发表在Science Robotics上。
“我们把这些动物看作是艺术品：我们会从蒙娜丽莎那里切下来研究它吗？不 - 我们会使用最具创新性的工具。这些深海生物，有些已有数千年的历史，当我们与它们互动时，应该以相似的温柔对待它们，“合作作者David Gruber博士说，他是2017-2018 Radcliffe研究员，国家地理探险家，纽约市立大学巴鲁克学院生物与环境科学教授。
将折叠特性应用于水下样本采集的想法始于2014年，当时第一作者Zhi Ern Teoh博士。参加了哈佛大学设计研究生院设计工程系的Wyss副教授和皮尔斯安德森讲师Chuck Hoberman，MS，通过计算方法创建折叠机制。 “我在研究生院手工制作微型机器人，这是一项非常艰苦而乏味的工作，我想知道是否有办法用电机将平面折叠成三维形状，”Teoh，前Wyss说。 Robert Wood博士实验室的博士后研究员，现在是Cooper Perkins的工程师。
当时木材实验室的一名成员，现在是罗德岛大学海洋工程助理教授Brennan Phillips博士看到了Teoh的设计，并建议他将其改编成捕获海洋生物，这是众所周知的难以抓住现有的水下设备，主要是为海洋采矿和建筑的粗糙工作而设计的。
Teoh制造的设备由五个相同的3D打印聚合物“花瓣”组成，这些“花瓣”连接到一系列旋转接头，这些旋转接头连接在一起形成支架。当单个电机向花瓣相遇的点施加扭矩时，它会使整个结构围绕其关节旋转并折叠成一个空心的十二面体（如十二面，几乎圆形的盒子），赢得它的名字旋转驱动十二面体（RAD）。折叠完全由关节的设计和花瓣本身的形状决定;不需要其他输入。
该团队在位于康涅狄格州Mystic的神秘水族馆测试了RAD采样器，成功地在水下收集并释放了月亮水母。在对采样器进行修改以使其能够承受开阔的海洋条件后，他们将其安装在由加利福尼亚州蒙特雷的蒙特利湾水族馆研究所（MBARI）提供的水下遥控车辆（ROV）上，并在现场进行测试。使用ROV的操纵臂和人工操纵杆操作采样器，深度为500-700米（1,600-2,300英尺）。该团队能够捕获其自然栖息地内的鱿鱼和水母等软物，并在不受伤害的情况下释放它们。
“RAD采样器设计非常适合深海环境的困难，因为它的控制非常简单，因此可以打破的元素更少。它也是模块化的，所以如果有什么东西坏了，我们可以简单地更换那个部分并将采样器送回水中，“Teoh说。 “这种折叠设计也非常适合在太空中使用，类似于深海，因为它是一个低重力，不适合居住的环境，使操作任何设备都具有挑战性。”
Teoh和Phillips目前正在开发一种更加坚固的RAD采样器版本，用于重型水下任务，如海洋地质学，而Gruber和Wood则专注于进一步改进采样器更精细的能力。 “我们想为采样器添加摄像头和传感器，以便将来我们可以捕获动物，收集大量有关它的数据，如它的大小，材料属性，甚至它的基因组，然后放手，就像水下外星人被绑架一样，“格鲁伯说。
“我们小组与海洋生物学界的合作为软机器人和折纸工程领域打开了大门，将这些技术用于解决完全不同学科的问题，我们很高兴看到这种协同作用产生的方式新颖的解决方案，“伍德说，他是Wyss研究所的创始核心教员，SEAS的Charles River工程和应用科学教授，也是国家地理探索者。
“跨学科的协作是Wyss研究所的一个重要特征，这项工作证明了当来自不同领域的科学家开始相互沟通时，新创新如何出现，”Don Ingber博士，MD，博士，创始董事Wyss研究所同时也是哈佛医学院血管生物学的Judah Folkman教授和波士顿儿童医院的血管生物学项目，以及SEAS的生物工程教授。
Phillips目前是罗德岛大学海洋工程系助理教授。该论文的其他作者包括Kaitlyn Becker，Griffin Whittredge和James Weaver，Ph.D。来自Wyss Institute和SEAS。
该研究得到了美国国家科学基金会和国家科学院的支持。
