海洋總面積約為3.6億平方公里，約占地球表面積的71%，平均水深約3795米，據(jù)估計全球海洋中目前生活著各種海洋生物至少有20萬種,總生物量大約342億噸，這些生物的壽命有時候遠大于人類的預期，但因為沒有太好的海底工具，人類開發(fā)難度非常大。
例如水母這種生物，水母約有95％的水，使它們成為地球上最透明，最微妙的動物，但剩下的5％據(jù)生物學家稱，目前已經(jīng)產(chǎn)生了重要的科學發(fā)現(xiàn)，如綠色熒光蛋白（GFP），現(xiàn)在能被科學家廣泛用于研究基因表達，以及生命周期逆轉(zhuǎn)，可以成為對抗衰老的關鍵。水母還可能很好地擁有其他可能改變生命的秘密，但收集它們的難度非常大，這嚴重限制了人類對這種“被遺忘的動物群”的研究。
目前海洋生物學家水下采樣機上可用的采樣工具，主要是為海洋石油和天然氣工業(yè)開發(fā)的，并且更適合于抓住和操縱巖石和重型設備而不是果凍，這種抓手會經(jīng)常將它們粉碎成碎片。
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現(xiàn)在，由哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所，John A. Paulson工程與應用科學學院（SEAS）和紐約州立大學巴魯克學院的研究人員開發(fā)的一項新技術以超級形式提供了一種新的解決方案。柔軟的水下夾持器，使用液壓輕輕但牢固地將其類似于fettuccini的手指纏繞在一只水母上，然后釋放它而不會造成傷害。夾具詳細情況在Science Robotics上發(fā)表的一篇新論文中有所描述。
“我們的超級溫和抓手比現(xiàn)有的深海采樣裝置明顯改進了果凍和其他柔軟的生物，否則幾乎不可能完整收集，”第一作者Nina Sinatra博士說?！斑@項技術還可以擴展到改進水下分析技術，并允許廣泛研究海洋生物的生態(tài)和遺傳特征，而不會將它們從水中帶走。”
插圖展示了連接到遙控車輛的軟機器人致動器（綠色）的設想應用。
夾具的六個“指狀物”由薄而扁平的硅膠條組成，中間通道粘合到一層柔韌但更硬的聚合物納米纖維上。手指連接到矩形的3D打印塑料“手掌”上，當它們的通道充滿水時，在納米纖維涂層側(cè)的方向上卷曲。每個手指施加極低的壓力 - 約0.0455kPA，或小于人眼瞼在其眼睛上的壓力的十分之一，相比之下，目前最先進的軟海洋抓手，用于捕捉比水母更精細但更健壯的動物，發(fā)揮約1 kPA。
研究人員將他們的超柔軟抓手安裝到一個特制的手持設備上，并測試了它在水箱中抓住人造硅膠水母的能力，以確定成功采集樣品所需的定位和精度，以及最佳角度以及捕獲水母的速度。然后，他們轉(zhuǎn)向新英格蘭水族館的真實物品，在那里他們使用夾子抓住“游泳月亮果凍”，“果凍脂肪”和“斑點果凍”三只水母，所有這些都和高爾夫球大小相當。
夾子成功地將每只水母捕獲在裝置的手掌上，并且水母不能從手指的抓握中脫離，直到夾子減壓為止。水母在被釋放后沒有表現(xiàn)出壓力或其他不良影響的跡象，并且在出現(xiàn)磨損跡象之前，手指能夠打開和關閉大約100次。
軟機器人夾持裝置的設計，帶有四個執(zhí)行器輪轂，插圖：不同的部件，包括可以模塊化安裝六個執(zhí)行器手掌。
“海洋生物學家長期以來一直在尋找一種復制人類手部溫和性的工具，與來自難以接近的環(huán)境中的水母等微妙動物相互作用，”共同作者David Gruber博士說，他是生物學教授，紐約州立大學巴魯克學院的環(huán)境科學和國家地理探索者?！斑@種抓手是不斷增長的軟機器人工具箱的一部分，它有望使水下物種收集變得更容易和更安全，這將極大地提高對數(shù)百年來研究不足的動物的研究速度和質(zhì)量，給我們一個更全面地了解構成我們海洋的復雜生態(tài)系統(tǒng)?！?/p>
超軟抓手是使用軟機器人進行水下采樣的最新創(chuàng)新，Gruber和Wyss創(chuàng)始核心教員Rob Wood博士之間的持續(xù)合作。這產(chǎn)生了折紙式RAD采樣器和多功能“柔軟手指”，以收集各種難以捕獲的生物，包括魷魚，章魚，海綿，海鞭，珊瑚等。
“軟機器人技術是解決各種領域長期問題的理想解決方案，因為它采用了靈活的材料，將傳統(tǒng)機器人的可編程性和堅固性與前所未有的溫和性相結(jié)合，”伍德說。未來或?qū)I(yè)以及更柔性的機器人都提供更好的解決方案。
該團隊正在繼續(xù)完善超軟抓手的設計，旨在進行研究，評估水母對抓手持有的生理反應，以更明確地證明它們不會引起動物的壓力。伍德和格魯伯也是施密特海洋研究所“設計未來”項目的聯(lián)合首席研究員，并將在2020年研究船F(xiàn)alkor即將進行的遠征中進一步測試他們的各種水下機器人。
“在Wyss研究所，我們總是在問，'我們怎樣才能做得更好？' Rob Wood和他的團隊用來解決存在于開闊海域而不是實驗室中的現(xiàn)實問題的聰明才智和開箱即用的思維給我留下了深刻的印象，這有助于大大推進海洋科學?！癢yss研究所創(chuàng)始主任Donald Ingber表示，人們對于機器人的研究，目前還是停留在簡單的應用領域拓展，對于行業(yè)更加深入，對于部分領域的開拓才能實現(xiàn)根本性突破，而這些，有用一個開闊的思路是非常重要的！
該研究成果如果能夠順利降低成本，或許能在非常多的領域取得更廣闊的應用前景！該項研究對于目前的柔性抓手，或許也能成為一個不錯的導向和路徑。
來源；中國機器人網(wǎng)
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