Manipolatori robotici morbidi stampati in 3D consentono agli scienziati di indagare su delicati organismi di acque profonde
Mentre l’oceano profondo – oscuro, freddo, ad alta pressione e senza aria – è inospitale per gli esseri umani, è pieno di organismi delicati che prosperano nel suo ambiente aspro. Studiare quelle creature richiede attrezzature specializzate montate su veicoli telecomandati (ROV) in grado di resistere a tali condizioni. Tuttavia, questi dispositivi sono stati progettati principalmente per l’industria dell’energia offshore o per applicazioni militari e spesso non sono adatti per interagire con organismi dal corpo molle e molto fragili.
Ora, un team di ingegneri, biologi marini e robotisti ha sviluppato un dispositivo di campionamento alternativo che è morbido, flessibile e personalizzabile, consentendo agli scienziati di afferrare delicatamente diversi tipi di organismi dal mare senza danneggiarli. Inoltre, la stampa 3D di manipolatori robotici morbidi consente la produzione e la modifica in tempo reale degli utensili in aree estremamente remote.
Il documento del gruppo è stato pubblicato il 1 ° agosto nella rivista PLOS ONE ad accesso aperto.
I dispositivi “soft gripper” del team progettato hanno da due a cinque “dita” in poliuretano e altri materiali squishy che si aprono e si chiudono tramite un sistema di pompe idrauliche a bassa pressione che utilizza l’acqua di mare per guidare i loro movimenti. Le pinze sono fissate a una palla di legno che viene trattenuta e manipolata usando gli strumenti esistenti di un ROV, artigli duri, controllati da un operatore umano sulla nave a cui è legato il ROV.
“Molti degli animali che incontriamo nel mare profondo sono nuove specie e questi robot morbidi ci permettono di interagire delicatamente e studiare una varietà di fauna più diversificata”, ha detto David Gruber, co-autore di un nuovo documento sulla ricerca dal City University di New York.
Durante una spedizione in acque profonde verso l’Area protetta delle Isole Phoenix dal 5 ottobre al 2 novembre 2017, il team ha utilizzato le proprie pinze morbide per campionare specie fino a 2224 m attraverso un veicolo a distanza (ROV). L’equipaggio ha utilizzato due stampanti 3D sulla loro imbarcazione per costruire al volo nuovi componenti.
“Con la stampa 3D in mare, possiamo innovare al volo e inventare robotici morbidi per interagire con animali morbidi e delicati che prima non erano stati esaminati, poiché erano troppo fragili”, ha affermato Gruber.
“Essere su una nave per un mese significava che dovevamo essere in grado di creare tutto ciò di cui avevamo bisogno, e si scopre che le stampanti 3D hanno funzionato molto bene per farlo sulla barca. Li abbiamo fatti funzionare quasi 24 ore su 24, 7 giorni su 7, e noi sono stati in grado di raccogliere feedback dagli operatori ROV sulla loro esperienza nell’uso delle pinze morbide e di creare nuove versioni durante la notte per risolvere eventuali problemi “, ha dichiarato Daniel Vogt, ingegnere ricercatore presso il Wyss Institute.
Una versione modificata della pinza con solo due dita può eseguire sia una “presa di potere” per contenere oggetti di grandi dimensioni e una “stretta da presa” per contenere piccoli oggetti, proprio come una mano umana. Credito: Wyss Institute presso l’Università di Harvard
Le pinze morbide sono state in grado di raccogliere lumache di mare, coralli, spugne e altre forme di vita marina in modo molto più efficace e con meno danni rispetto ai tradizionali strumenti di campionamento sottomarino. Sulla base dell’input degli operatori ROV, le estensioni “unghia” stampate in 3D del team potevano essere aggiunte alle dita della pinza per aiutarle a raggiungere i campioni che erano seduti su superfici dure. Questa modifica ha permesso di afferrare con successo animali fragili come i cetrioli di mare, che storicamente sono stati difficili da raccogliere senza danni utilizzando bracci meccanici rigidi e campionatori di aspirazione. Inoltre, a ciascun dito è stata aggiunta una rete flessibile per mantenere i campioni contenuti nell’impugnatura delle dita.
Il team sta sviluppando ulteriormente le pinze, sperando di aggiungere sensori che possano indicare all’operatore ROV quando le pinze entrano in contatto con un organismo, “sentono” quanto è duro o morbido e prendono altre misurazioni. In definitiva, l’obiettivo è catturare creature marine nell’oceano profondo e ottenere dati fisici e genetici completi senza rimuoverli dai loro habitat nativi.
“Poiché le spedizioni scientifiche verso parti remote del mondo sono costose e lunghe da pianificare, la stampa al volo di manipolatori robotici morbidi offre una soluzione in tempo reale per comprendere e interagire meglio con delicati ambienti di acque profonde, corpo morbido e fragile e altri organismi fragili “, affermano Vogt et al. “Questo offre anche un mezzo meno invasivo di interagire con organismi marini profondi a crescita lenta, alcuni dei quali possono avere fino a 18.000 anni”.
