軟體機(jī)器人進(jìn)行海洋探測 重塑海洋生物學(xué)家對未來的希望

海洋生物學(xué)家已經(jīng)采用“柔軟機(jī)器扁手指”作為工具來進(jìn)行海底研究。2月24日發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用超級柔軟的機(jī)器人手指握住的水母與傳統(tǒng)潛水鉗夾住的水母相比，表達(dá)的壓力相關(guān)基因明顯少得多。這種新型機(jī)器人的外形就像面條，扁扁的，能夠以一種更溫和、更少侵入性的方式收集生態(tài)數(shù)據(jù)。

論文第一作者、美國自然歷史博物館博士后Michael Tessler說:“利用基因組學(xué)，我們確認(rèn)，新開發(fā)的軟機(jī)器人是處理一些最靈活的生物——水母——一種更友好的方式?！薄坝辛诵录夹g(shù)，我們通?？梢栽诩夹g(shù)上取得巨大進(jìn)步，比如深海動物處理技術(shù)?！?br /> ?

與狗或貓不同，水母不能發(fā)出嘶嘶聲或抱怨它們的不適。相反，通過分析它們所表達(dá)的基因可以洞察它們對環(huán)境的反應(yīng)。通過基因測序，研究人員測量了水母在自由游動、由柔軟的機(jī)器人手指控制或被更標(biāo)準(zhǔn)的剛性爪子控制時基因表達(dá)的差異。

紐約城市大學(xué)巴魯克學(xué)院和城市大學(xué)研究生中心生物學(xué)教授，生物學(xué)博士大衛(wèi)·格魯伯說，“想象一下，你非常開心地坐在你的辦公桌前，我測量一下哪些基因是活躍的，然后用一只爪子戳了戳你。然后我會觀察你的基因反應(yīng)與你坐著不受干擾時的反應(yīng)有多大不同；這種差異的強(qiáng)度可以作為你的壓力水平的一個指標(biāo)?！?/p>

被溫柔對待的水母表現(xiàn)出最像未受干擾的個體的基因表達(dá)模式，顯示出它們對捕捉的相對平靜的反應(yīng)。更重要的是，被爪子抓住的水母表達(dá)了“修復(fù)”基因，這表明它們?yōu)樯眢w傷害做好了準(zhǔn)備。格魯伯說:“我認(rèn)為有趣的是，當(dāng)你開始用標(biāo)準(zhǔn)鉗子騷擾它們時，它們會立即進(jìn)入自我修復(fù)/壓力狀態(tài)，因?yàn)樗鼈兪侨绱舜嗳醯纳?，壓力對它們來說很常見。”這些自我修復(fù)基因的表達(dá)水平比自由游動或輕輕拿著的水母要高。

但是這項(xiàng)研究的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水母。“我們只是用它們作為我們的樣本生物體?！备耵敳f，“現(xiàn)在我們已經(jīng)證明，這種方法可以減少像水母這樣脆弱生物的壓力，這確實(shí)證明了我們的假設(shè)，即深海中的軟機(jī)器人可以成為各種微妙互動的有效工具。”

研究報告的合著者尼娜·西納特拉(Nina Sinatra)也表達(dá)了同樣的觀點(diǎn)。她在哈佛大學(xué)威斯生物工程研究所攻讀研究生時參與了這項(xiàng)研究，設(shè)計(jì)了溫柔的機(jī)器人手指。西納特拉說:“選擇靈活、堅(jiān)韌和輕便的材料，使得軟體機(jī)器人能夠在深海環(huán)境中穩(wěn)健地運(yùn)轉(zhuǎn)，同時又足夠脆弱，可以安全地與一些最脆弱的海洋生物互動。”“通過擴(kuò)展我們的材料工具箱，工程師們可以為傳統(tǒng)機(jī)器人無法應(yīng)對的挑戰(zhàn)找到令人興奮和聰明的解決方案?！?/p>

此外，這些軟機(jī)器人工具可以被帶到地面上，直接造福于人類?！八鼈兛梢詮臉渖鲜斋@果實(shí)且不會弄傷果實(shí),恢復(fù)中風(fēng)患者的肌肉,和許多其他剛體機(jī)器人做起來太笨重的事情。”合著者Rob Wood說,他是Wyss核心教員和哈佛大學(xué)約翰·A保爾森工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(海洋)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授。

從歷史上看，海洋勘探一直是一項(xiàng)艱苦的工作；收集數(shù)據(jù)需要從海底搜尋材料或捕捉標(biāo)本，然后拿回海面上研究。隨著軟機(jī)器人的加入，提取DNA樣本甚至對深海生物進(jìn)行實(shí)時醫(yī)學(xué)檢查都成為可能，而且?guī)缀醪粫a(chǎn)生任何物理影響。

“通過將軟機(jī)器人整合到我們進(jìn)行深海研究的方式中，我們正在重塑海洋生物學(xué)家對未來的希望?！备耵敳f，“我們的哲學(xué)是，在研究和接近這些新領(lǐng)域時，我們應(yīng)該盡可能地溫和和謹(jǐn)慎?！?/p>