Durante una charla de 2014 sobre su exploración de los arrecifes de coral de aguas profundas, el biólogo marino de Baruch College, David Gruber, mostró un video de manos robóticas y torpes que recogen muestras frágiles de coral y esponjas del fondo del océano. El ingeniero y robotista de Harvard Robert J. Wood fueen la audiencia la National Geographic Society reconocía a los dos científicos como Exploradores Emergentes y se encendió una bombilla.
"Estaban usando pinzas rígidas tipo Jaws of Life diseñadas para la industria del petróleo y el gas que estaban totalmente dominadas y estaban destruyendo cosas", recuerda Wood. "Inmediatamente hizo clic en que había una solución robótica suave que podría ser viable".
En los meses que siguieron, la pareja colaboró para diseñar, fabricar y probar pinzas robóticas blandas para la recolección en el mar profundo de muestras biológicas frágiles. Su reciente expedición al Golfo de Eilat en el norte del Mar Rojo, un ecosistema marino único quealberga uno de los arrecifes de coral más grandes y diversos del mundo, marcó el primer uso de la robótica suave para el muestreo no destructivo de la fauna del fondo del océano.
La nueva tecnología podría mejorar la capacidad de los investigadores para recolectar muestras de hábitats en gran parte inexplorados a miles de pies debajo de la superficie del océano, áreas que los científicos creen que son puntos calientes de biodiversidad repletos de vida desconocida. Las pinzas suaves también podrían ser útiles en la arqueología subacuática.
Como se describe en un artículo publicado hoy en la revista Robótica suave , el equipo desarrolló con éxito dos tipos de pinzas, y en el proceso demostró una nueva técnica de fabricación que permite la creación rápida de actuadores suaves.
Gruber, profesor asociado de biología y ciencias ambientales en el Baruch College de la City University of New York, e investigador asociado del Museo Americano de Historia Natural, explora los ecosistemas oceánicos profundos, con un enfoque particular en los organismos que muestran rasgos bioluminiscentes y biofluorescentesLos animales bioluminiscentes producen su propia luz; los animales biofluorescentes absorben la luz y la reemiten como un color diferente.
Cuando quiere visitar un arrecife de coral por debajo de la profundidad máxima que los buceadores humanos pueden tolerar, Gruber debe confiar en un vehículo operado a distancia ROV. Pero hay un problema: las "manos" robóticas estándar de los ROV submarinos están enfermas- Adecuado para la recolección de delicadas muestras de coral, esponjas y otras. Esto se debe a que el equipo fue diseñado para la construcción submarina y para instalar y reparar tuberías sumergidas.
Manipular y agarrar organismos frágiles del fondo del mar requiere algo que pueda imitar la destreza y el tacto suave de la mano de un buzo humano. Wood, Profesor Charles Charles de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de HarvardSEAS y miembro fundador del cuerpo docente del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en la Universidad de Harvard, reconoció que la robótica suave está hecha a medida para la tarea.
Diseño, fabricación y agarre de verduras
El ingeniero mecánico del Instituto Wood and Wyss, Kevin Galloway, se dedicó a diseñar dos tipos de manos para reemplazar la pinza metálica suministrada de fábrica del ROV, cada una capaz de recuperar suavemente objetos de diferentes tamaños y formas. Uno, inspirado en la acción de enrollamiento de una boa constrictor, puede acceder a espacios reducidos y sujetar objetos pequeños y de forma irregular. El otro, un modelo de fuelle, presenta pares opuestos de actuadores de flexión.
Para facilitar la rápida modificación y reparación en el campo, el equipo enfatizó la construcción simple, los materiales económicos y un diseño modular. Esto significaba que podían probar múltiples configuraciones y hacerlas en cantidad. La Oficina de Desarrollo de Tecnología de Harvard ha presentado una solicitud de patente en elmétodo del equipo para la fabricación de actuadores blandos tipo fuelle. El método es escalable y abre una amplia gama de aplicaciones comerciales, biomédicas e industriales para este tipo de actuador.
El mayor desafío de diseño, dijo Wood, fue la falta de especificaciones precisas. No estaban diseñando un brazo robótico para unir repetidamente puertas a carrocerías de automóviles en una planta de ensamblaje de automóviles. El equipo no tenía forma de saber el tamaño, la forma,o la rigidez de los objetos que estarían probando en el fondo del océano. Para aproximarse a los especímenes probables, visitaron el pasillo de productos y trajeron una variedad de verduras apio, rábanos, zanahorias y col china, los ataron a una rejilla de metal,y los arrojó a un tanque de prueba en la Universidad de Rhode Island. Después de exhaustivas pruebas de tanques, los dispositivos se pusieron a prueba a profundidades superiores a 800 metros de la costa de Rhode Island.
Las pruebas de campo llevaron al equipo al Golfo de Eilat de Israel en el norte del Mar Rojo en mayo de 2015. Allí realizaron más de una docena de inmersiones que van desde 100 a 170 metros 558 pies, o tan profundo como el Monumento a Washington es altoLa mayoría de las inmersiones involucraron maniobras de "captura y liberación" para evaluar el rendimiento del sistema. Pero manipularon las pinzas para recuperar muestras de coral blando rojo delicado y relativamente abundante, así como látigos de coral difíciles de enganchar, llevándolosa la superficie sin daños en la bandeja de carga del ROV.
Próximos pasos
El simple juego no es simplemente recolectar muestras difíciles de cosechar. Los investigadores como Gruber esperan aplicar estas técnicas para realizar mediciones in situ de organismos y, finalmente, la expresión de genes y el análisis transcriptómico. Realizando este trabajo en el fondo del fondo marinoque llevar muestras a la superficie, significa que los organismos no están expuestos al estrés por los cambios de temperatura, presión y luz y que hay menos perturbación del sistema de arrecifes.
En el lado de la robótica, Wood tiene una lista de mejoras de rendimiento que espera seguir. Los ROV de la generación actual dependen exclusivamente de la retroalimentación visual, una transmisión de video en vivo desde una cámara a bordo, pero le gustaría agregar retroalimentación táctil,aplicando la experiencia de su laboratorio en sensores blandos para permitir que un operador realmente "sienta" lo que está tocando la pinza. También está interesado en experimentar con la manipulación bilateral, en lugar de la manipulación de un solo brazo para lograr una destreza mejorada. Finalmente, el equipo quiere profundizar:- Literalmente. Durante las inmersiones en el Mar Rojo, el sistema funcionó a profundidades inferiores a 200 metros. Se prevé realizar trabajos de campo en mundos inexplorados a 6,000 metros bajo la superficie.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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