Le meduse sono circa il 95% di acqua, rendendoli tra i più diafani, animali delicati del pianeta. Ma il restante 5% di loro ha prodotto importanti scoperte scientifiche, come la proteina fluorescente verde (GFP) che ora è ampiamente utilizzata dagli scienziati per studiare l'espressione genica, e l'inversione del ciclo di vita che potrebbe contenere le chiavi per combattere l'invecchiamento. Le meduse possono benissimo ospitare altre, segreti che potrebbero cambiare la vita, ma la difficoltà di raccoglierli ha fortemente limitato lo studio di tale "fauna dimenticata". Gli strumenti di campionamento a disposizione dei biologi marini su veicoli azionati a distanza (ROV) sono stati in gran parte sviluppati per le industrie del petrolio e del gas marino, e sono molto più adatti ad afferrare e manipolare rocce e attrezzature pesanti rispetto alle gelatine, spesso facendoli a pezzi nel tentativo di catturarli.

Ora, una nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), e Baruch College presso CUNY offre una nuova soluzione a questo problema sotto forma di un ultra-morbido, pinza subacquea che utilizza la pressione idraulica per avvolgere delicatamente ma saldamente le sue dita simili a fettuccine attorno a una singola medusa, quindi rilasciarlo senza causare danni. La pinza è descritta in un nuovo articolo pubblicato su Robotica scientifica .

"La nostra pinza ultra-delicata è un netto miglioramento rispetto ai dispositivi di campionamento in acque profonde esistenti per gelatine e altre creature dal corpo morbido che altrimenti sarebbero quasi impossibili da raccogliere intatte, " ha detto la prima autrice Nina Sinatra, dottorato di ricerca, un ex studente laureato al Wyss Institute che ora è ingegnere meccanico e dei materiali presso Google. "Questa tecnologia può anche essere estesa per migliorare le tecniche di analisi subacquea e consentire uno studio approfondito delle caratteristiche ecologiche e genetiche degli organismi marini senza portarli fuori dall'acqua".

Le sei "dita" della pinza sono composte da sottili, strisce piatte di silicone con un canale cavo all'interno legato a uno strato di nanofibre polimeriche flessibili ma più rigide. Le dita sono attaccate a un rettangolo, "palmo" in plastica stampata in 3D e, quando i loro canali sono pieni d'acqua, arricciarsi nella direzione del lato rivestito in nanofibra. Le dita esercitano ciascuna una pressione estremamente bassa, circa 0,0455 kPA, o meno di un decimo della pressione di una palpebra umana sull'occhio. Al contrario, pinze marine morbide all'avanguardia, che servono per catturare animali delicati ma più robusti delle meduse, esercitare circa 1 kPA.

I ricercatori hanno montato la loro pinza ultra-delicata su un dispositivo portatile appositamente creato e hanno testato la sua capacità di afferrare una medusa di silicone artificiale in un serbatoio d'acqua per determinare il posizionamento e la precisione necessari per raccogliere un campione con successo, così come l'angolo e la velocità ottimali con cui catturare una medusa. Poi sono passati alla cosa reale al New England Aquarium, dove usavano le pinze per afferrare gelatine di luna che nuotavano, grasso di gelatina, e gelatine maculate, tutto sulle dimensioni di una pallina da golf.

La pinza è stata in grado di intrappolare con successo ogni medusa contro il palmo del dispositivo, e le meduse non sono state in grado di liberarsi dalla presa delle dita finché la pinza non è stata depressurizzata. La medusa non ha mostrato segni di stress o altri effetti negativi dopo essere stata rilasciata, e le dita sono state in grado di aprirsi e chiudersi circa 100 volte prima di mostrare segni di usura.

"I biologi marini hanno atteso a lungo uno strumento che replicasse la delicatezza delle mani umane nell'interagire con animali delicati come le meduse provenienti da ambienti inaccessibili, " ha detto il co-autore David Gruber, dottorato di ricerca, che è professore di biologia e scienze ambientali al Baruch College, CUNY e un esploratore del National Geographic. "Questa pinza fa parte di una morbida cassetta degli attrezzi robotica in continua crescita che promette di rendere più facile e sicura la raccolta delle specie sottomarine, che migliorerebbe notevolmente il ritmo e la qualità della ricerca su animali che sono stati poco studiati per centinaia di anni, dandoci un quadro più completo dei complessi ecosistemi che compongono i nostri oceani".

La pinza ultra morbida è l'ultima innovazione nell'uso della robotica morbida per il campionamento subacqueo, una collaborazione in corso tra Gruber e il membro fondatore della Wyss Core Faculty Rob Wood, dottorato di ricerca che ha prodotto il campionatore RAD ispirato agli origami e le "dita morbide" multifunzionali per raccogliere una vasta gamma di organismi difficili da catturare, compresi i calamari, Piovre, spugne, fruste di mare, coralli, e altro ancora.

"La robotica morbida è una soluzione ideale per problemi di vecchia data come questo in un'ampia varietà di campi, perché unisce la programmabilità e la robustezza dei robot tradizionali a una dolcezza senza precedenti grazie ai materiali flessibili utilizzati, "disse Legno, chi è il co-responsabile della piattaforma di robotica morbida bioispirata del Wyss Institute, il Charles River Professor di Ingegneria e Scienze Applicate presso SEAS, e un esploratore del National Geographic.

Il team sta continuando a perfezionare il design della pinza ultra morbida, e mira a condurre studi che valutino la risposta fisiologica delle meduse all'essere trattenute dalla pinza, per dimostrare più definitivamente che non provocano stress agli animali. Wood e Gruber sono anche co-Principal Investigator del progetto "Designing the Future" dello Schmidt Ocean Institute, e testeranno ulteriormente i loro vari robot sottomarini in una prossima spedizione a bordo della nave da ricerca Falkor nel 2020.

"Al Wyss Institute chiediamo sempre, "Come possiamo migliorarlo?" Sono estremamente impressionato dall'ingegnosità e dal pensiero fuori dagli schemi che Rob Wood e il suo team hanno applicato per risolvere un problema del mondo reale che esiste in mare aperto, piuttosto che in laboratorio. Questo potrebbe aiutare a far progredire notevolmente la scienza oceanica, ", ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology alla Harvard Medical School, il programma di biologia vascolare presso il Boston Children's Hospital, e Professore di Bioingegneria presso SEAS.