Dzisiaj większość badań oceanów odbywa się przy użyciu zaawansowanych robotów (AUV), które schodzą na ekstremalne głębokości i zbierają informacje, które są następnie analizowane przez naukowców. W ten sposób często odkrywa się nowe gatunki lub nagrywa stworzenia, których nigdy wcześniej nie widziano na wolności.
Czytaj też: Najbardziej niesamowita meduza na świecie. Ten znak rozpozna każdy
Ale nawet najlepsze AUV mają swoje wady i nie są w stanie dotrzeć do wszystkich miejsc. Dlatego właśnie naukowcy z Caltech stworzyli bioniczne meduzy, które są połączeniem organizmów żywych z elektroniką, przez co nadają się do eksploracji głębin. Te “oceaniczne cyborgi” mogą przydać się do wielu projektów naukowych i zbierać informacje o temperaturze, zasoleniu i poziomie tlenu, które wpływają na zmieniający się klimat Ziemi. Szczegóły opisano w czasopiśmie Bioinspiration & Biomimetics.
Prof. John Dabiri z Caltech mówi:
Powszechnie wiadomo, że oceany mają kluczowe znaczenie dla określenia naszego obecnego i przyszłego klimatu na lądzie, a jednak wciąż zaskakująco mało o nich wiemy, zwłaszcza z dala od powierzchni. Naszym celem jest wreszcie poruszenie tej igły poprzez przyjęcie niekonwencjonalnego podejścia zainspirowanego jednym z niewielu zwierząt, które z powodzeniem eksplorowało już cały ocean.
Bioniczne meduzy zejdą głębiej niż roboty badawcze
Prof. Dabiri przez całą swoją karierę naukową szukał inspiracji w świecie przyrody, nic więc dziwnego, że skierował swój wzrok w stronę meduz. Jakiś czas temu jego zespół opracował mechanicznego robota, który pływał podobnie do meduzy, ale nie był w stanie osiągnąć efektywności żywego stworzenia. Pojawiły się sugestie, że sposobu pływania meduz, który jest uważany za najskuteczniejszy ze wszystkich żywych stworzeń, nie da się odtworzyć. Dlatego naukowcy postanowili nie kopiować meduzy, a wykorzystać je do własnych celów.
Czytaj też: Meduzy mogą regenerować swoje macki. Wreszcie wiemy, jak to się dzieje
Prof. John Dabiri dodaje:
Meduzy to pierwotni odkrywcy oceanów, docierający do jego najgłębszych zakątków i równie dobrze rozwijający się w wodach tropikalnych i polarnych. Ponieważ nie mają mózgu ani zdolności odczuwania bólu, mogliśmy współpracować z bioetykami, aby opracować to biohybrydowe zastosowanie robota w sposób zgodny z zasadami etycznymi.
Wcześniej zespół prof. Dabiriego wszczepił meduzie przypominające rozrusznik serca urządzenie, które kontroluje prędkość, z jaką zwierzęta te pływają. W ten sposób zwiększono tempo poruszania bionicznych meduz nawet trzykrotnie, co przełożyło się na ich wydajność. Meduza pływająca trzy razy szybciej niż normalnie zużywa tylko dwa razy więcej energii.
Prof. Dabiri i jego student Simon Anuszczyk stworzyli wydrukowane w 3D “przednie ciała”, które są przymocowane do górnej części ciała meduzy. Te opływowe urządzenia zmniejszają opór hydrodynamiczny, mają neutralną pływalność (więc nie powodują opadania ani podnoszenia się meduzy) i mogą służyć jako obudowa czujników elektronicznych. Całkowity koszt sprzętu dla bionicznej meduzy wynosi ok. 20 dol., co stanowi atrakcyjną alternatywę dla wynajmu statku badawczego, którego codzienne użytkowanie może kosztować ponad 50 000 dol.
W testach przeprowadzonych w jedynym w swoim rodzaju pionowym zbiorniku na wodę z pionowo płynącym prądem stwierdzono, że meduzy wyposażone zarówno w “rozrusznik serca”, jak i “przednie ciała” pływają do 4,5 razy szybciej niż naturalne meduzy niosące ładunek o tej samej masie.
Prof. John Dabiri podsumowuje:
Wykorzystując naturalną zdolność meduz do wytrzymywania ekstremalnych ciśnień w głębinach oceanu oraz ich zdolność do zasilania poprzez żerowanie, nasze wyzwanie inżynieryjne jest o wiele łatwiejsze do pokonania. Nadal musimy zaprojektować pakiet czujników, aby wytrzymywał te same ciśnienia zgniatania, ale to urządzenie jest mniejsze niż piłka do softballu, co znacznie ułatwia eksplorację niż w pełni wyposażony pojazd podwodny działający na takich głębokościach.
Przyszłe prace mogą skupiać się na dalszym ulepszaniu właściwości bionicznych meduz. W tej chwili można je zmusić do szybszego pływania tylko w linii prostej, ale dalsze badania mogą sprawić, że będzie można je sterować, dzięki czemu można je kierować zarówno w poziomie, jak i w pionie.