L'oceano profondo, scuro, freddo, ad alta pressione, e senz'aria, è notoriamente inospitale per gli umani, eppure pullula di organismi che riescono a prosperare nel suo ambiente ostile. Lo studio di queste creature richiede attrezzature specializzate montate su veicoli azionati a distanza (ROV) in grado di resistere a tali condizioni per raccogliere campioni. Questa attrezzatura, progettato principalmente per le industrie petrolifere e minerarie sottomarine, è goffo, caro, e difficile da manovrare con il tipo di controllo necessario per interagire con la delicata vita marina. Raccogliere una delicata lumaca di mare dal fondo dell'oceano con questi strumenti è come cercare di cogliere un'uva usando le forbici da potatura.

Ora, un gruppo multidisciplinare di ingegneri, biologi marini, e i robotisti hanno sviluppato un dispositivo di campionamento alternativo che è morbido, flessibile, e personalizzabile, permettendo agli scienziati di afferrare delicatamente diversi tipi di organismi dal mare senza danneggiarli, e modifiche di stampa 3D al dispositivo durante la notte senza la necessità di tornare in un laboratorio a terra. La ricerca è riportata in PLOS One .

"Quando si interagisce con il soft, delicate creature sottomarine, ha più senso che la tua attrezzatura di campionamento sia anche morbida e delicata, " ha detto il co-autore Rob Wood, dottorato di ricerca, un membro fondatore della facoltà principale del Wyss Institute che è anche professore di ingegneria e scienze applicate Charles River presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). "Solo di recente il campo della robotica morbida si è sviluppato al punto in cui possiamo effettivamente costruire robot in grado di afferrare questi animali in modo affidabile e innocuo".

I dispositivi "soft gripper" progettati dal team hanno da due a cinque "dita" in poliuretano e altri materiali morbidi che si aprono e si chiudono tramite un sistema di pompa idraulica a bassa pressione che utilizza l'acqua di mare per guidare il loro movimento. Le pinze stesse sono attaccate a una palla di legno che viene tenuta e manipolata usando un ROV esistente, strumenti duri simili ad artigli, controllato da un operatore umano sulla nave a cui è collegato il ROV.

Il team ha utilizzato la sua ultima versione delle pinze morbide in un viaggio a bordo della R/V Falkor nella remota Area Protetta delle Isole Phoenix nel Pacifico meridionale. Un ambiente così isolato ha reso quasi impossibile ottenere nuove parti per le pinze, così hanno portato due stampanti 3D per creare nuovi componenti al volo.

"Essere su una nave per un mese significava che dovevamo essere in grado di fare 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 siamo stati in grado di ricevere feedback dagli operatori ROV sulla loro esperienza con le pinze morbide e creare nuove versioni durante la notte per risolvere eventuali problemi, " ha detto Daniel Vogt, SM., un ingegnere di ricerca presso il Wyss Institute che è il primo autore dell'articolo.

Le morbide pinze erano in grado di afferrare le lumache di mare, coralli, spugne, e altra vita marina in modo molto più efficace e con meno danni rispetto ai tradizionali strumenti di campionamento subacqueo. Sulla base dell'input degli operatori ROV, le estensioni "unghie" stampate in 3D del team che potrebbero essere aggiunte alle dita della pinza per aiutarle a passare sotto i campioni che si trovavano su superfici dure. È stata inoltre aggiunta una rete flessibile a ciascun dito per aiutare a mantenere i campioni contenuti all'interno della presa delle dita. Un altro, La versione a due dita delle pinze è stata creata anche in base alla familiarità dei piloti ROV con il controllo delle pinze a due dita esistenti, e la loro richiesta che le due dita siano in grado di trattenere i campioni sia con una presa "pizzica" (per oggetti piccoli) sia con una presa "potente" (per oggetti grandi).

Il team sta continuando a sviluppare le pinze, sperando di aggiungere sensori che possano indicare all'operatore ROV quando le pinze entrano in contatto con un organismo, "senti" quanto è duro o morbido, e prendere altre misure. In definitiva, il loro obiettivo è essere in grado di catturare creature marine nelle profondità dell'oceano e ottenere dati fisici e genetici completi senza portarle fuori dai loro habitat nativi.

"Essere in grado di stampare in 3D variazioni di questi robot morbidi in poche ore per interagire in sicurezza con diversi tipi di vita marina ha il potenziale per rivoluzionare il modo in cui viene svolto il lavoro sul campo della biologia marina, ", ha affermato l'autore corrispondente David Gruber, dottorato di ricerca, chi è un Radcliffe Fellow 2017-2018, Esploratore del National Geographic, e professore di biologia e scienze ambientali al Baruch College, CUNY.

"Le nuove tecnologie ci consentono continuamente di superare i limiti delle vecchie tecnologie, che troppo spesso vengono semplicemente accettati come lo status quo e mai messi in discussione, ", ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso HMS e Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, nonché Professore di Bioingegneria presso SEAS. "Le tecnologie di stampa 3D e di robotica morbida ora consentono ai processi di progettazione e iterazione di svolgersi in loco anziché in laboratorio, rendendolo più veloce, Più facile, e più economico per creare soluzioni ai problemi esistenti."