Il braccio umano può eseguire una vasta gamma di movimenti estremamente delicati e coordinati, dal girare una chiave in una serratura ad accarezzare dolcemente il pelo di un cucciolo. Le "braccia" robotiche sui sottomarini da ricerca subacquei, però, sono difficili, a scatti, e non hanno la finezza per essere in grado di raggiungere e interagire con creature come meduse o polpi senza danneggiarli. In precedenza, il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard e i suoi collaboratori hanno sviluppato una gamma di morbide pinze robotiche per gestire in modo più sicuro la delicata vita marina, ma quei dispositivi di presa facevano ancora affidamento su bracci robotici sottomarini che rendevano difficile manovrarli in varie posizioni nell'acqua.

Ora, un nuovo sistema costruito dagli scienziati del Wyss Institute, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) di Harvard, Baruch College, e l'Università del Rhode Island (URI) utilizza un guanto dotato di sensori wireless morbidi per controllare un sistema modulare, morbido "braccio" robotico che può flettersi e muoversi con una destrezza senza precedenti per afferrare e assaggiare la delicata vita acquatica. Questo sistema potrebbe un giorno consentire la creazione di laboratori di ricerca sottomarini in cui tutti i delicati compiti che gli scienziati svolgono in un laboratorio terrestre potrebbero essere svolti sul fondo dell'oceano. Le intuizioni di questo lavoro potrebbero potenzialmente avere valore anche per le applicazioni dei dispositivi medici. La ricerca è pubblicata su Rapporti scientifici .

"Questo nuovo braccio robotico morbido sostituisce il duro, bracci rigidi di serie sulla maggior parte dei sommergibili, consentendo alle nostre morbide pinze robotiche di raggiungere e interagire con la vita marina con molta maggiore facilità in una varietà di ambienti e permettendoci di esplorare parti dell'oceano che sono attualmente poco studiate, " ha detto il primo autore Brennan Phillips, dottorato di ricerca, un Assistant Professor presso URI che era un Postdoctoral Fellow presso il Wyss Institute e SEAS quando la ricerca è stata completata.

L'apparato sviluppato da Phillips e dai suoi colleghi è caratterizzato da piegatura, rotante, e moduli di presa che possono essere facilmente aggiunti o rimossi per consentire al braccio di eseguire diversi tipi di movimenti in base al compito da svolgere:un vantaggio significativo, data la diversità del terreno e della vita che si trovano nell'oceano. Altri miglioramenti rispetto ai manipolatori morbidi esistenti includono un sistema di controllo idraulico compatto e robusto per l'implementazione in ambienti remoti e difficili. L'intero sistema richiede meno della metà della potenza del più piccolo braccio manipolatore elettronico per acque profonde disponibile in commercio, rendendolo ideale per l'uso su veicoli sottomarini con equipaggio, che hanno una capacità della batteria limitata.

Il braccio è controllato in modalità wireless tramite un guanto dotato di sensori morbidi indossato da uno scienziato, che controlla la flessione e la rotazione del braccio muovendo il polso e le pinze piegando l'indice. Questi movimenti si traducono nell'apertura e chiusura di varie valvole nel motore idraulico ad acqua di mare del sistema. Diversi tipi di pinze morbide possono essere attaccate all'estremità del braccio per consentirgli di interagire con creature di varia forma, dimensione, e delicatezza, da duro, coralli fragili a teneri, medusa diafana.

"I bracci robotici sottomarini attualmente disponibili funzionano bene per l'esplorazione di petrolio e gas, ma non per maneggiare la delicata vita marina:usarli è come cercare di prendere un tovagliolo con una chela di granchio di metallo, " ha detto il co-autore David Gruber, dottorato di ricerca, che è professore di biologia al Baruch College, CUNY e un esploratore del National Geographic. "Il sistema di controllo dei guanti ci consente di avere un controllo molto più intuitivo sul morbido braccio robotico, come il modo in cui muoveremmo le nostre braccia durante le immersioni subacquee."

Il braccio robotico e il sistema di presa sono stati testati sul campo da un sottomarino di 3 persone negli inesplorati ecosistemi di acque profonde dell'arcipelago Fernando de Noronha, Brasile. È stato in grado di interagire con successo o raccogliere delicati organismi di mezz'acqua e di acque profonde come una spugna di vetro, un cetriolo di mare, un corallo ramificato, e tunicati bioluminescenti fluttuanti. Diversi moduli sono stati scambiati rapidamente e facilmente nel braccio per manovrare meglio le pinze per raggiungere il suo organismo bersaglio, o in caso di danneggiamento di un modulo, senza dover smontare l'intero braccio.

"Questo basso potere, Il robot morbido controllato da guanti è stato progettato pensando al futuro biologo marino, che sarà in grado di condurre la scienza ben oltre i limiti di SCUBA e con mezzi comparabili o migliori di un subacqueo umano, " ha detto Robert Wood, dottorato di ricerca, un autore senior del documento che è un membro fondatore della facoltà del Wyss Institute e il professore di ingegneria e scienze applicate Charles River presso SEAS.

I ricercatori stanno continuando a perfezionare i loro progetti e stanno incorporando capacità di campionamento non invasivo di DNA e RNA nelle unità di attuazione del sistema del braccio, con l'obiettivo di riuscire a catturare la fragile vita marina, eseguire una serie di esperimenti in un "laboratorio subacqueo, " e rilasciarli illesi.

"L'obiettivo del Wyss Institute è portare scoperte scientifiche fuori dal laboratorio e nel mondo, ma a volte dobbiamo capire come modificare il laboratorio scientifico stesso in modo che possa essere spostato fuori dal mondo accademico per poter sondare gli ambienti del mondo reale. Questa ricerca segna l'inizio di quella possibilità per il mare profondo, e i progressi che descrivono potrebbero avere un valore molto più ampio, anche per applicazioni mediche e chirurgiche, "ha detto Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, il Direttore Fondatore del Wyss Institute che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso HMS e Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, e Professore di Bioingegneria presso SEAS.