O oceano aberto é o maior e menos explorado ambiente da Terra, estimado para conter até um milhão de espécies que ainda não foram descritas. Contudo, muitos desses organismos são de corpo mole, como águas-vivas, Lula, e polvos - e são difíceis de capturar para estudo com as ferramentas subaquáticas existentes, que freqüentemente os danificam ou destroem. Agora, um novo dispositivo desenvolvido por pesquisadores do Instituto Wyss da Universidade de Harvard, Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson (SEAS), e o Radcliffe Institute for Advanced Study prendem com segurança delicadas criaturas marinhas dentro de um invólucro poliédrico dobrável e as deixa passar sem danos com um romance, design inspirado em origami. A pesquisa é relatada em Ciência Robótica .

"Abordamos esses animais como se fossem obras de arte:poderíamos cortar pedaços da Mona Lisa para estudá-la? Não, usaríamos as ferramentas mais inovadoras disponíveis. Esses organismos do fundo do mar, alguns com milhares de anos, merecem ser tratados com uma gentileza semelhante quando estamos interagindo com eles, "disse o autor colaborador David Gruber, Ph.D., que é um Radcliffe Fellow 2017-2018, National Geographic Explorer, e Professor de Biologia e Ciências Ambientais no Baruch College, CUNY.

A ideia de aplicar propriedades de dobramento à coleta de amostras subaquáticas começou em 2014, quando o primeiro autor Zhi Ern Teoh, Ph.D. teve uma aula com Chuck Hoberman, EM., membro do corpo docente associado da Wyss e conferencista Pierce Anderson em Engenharia de Projetos na Harvard Graduate School of Design, sobre a criação de mecanismos de dobramento por meios computacionais. "Eu estava construindo microrrobôs manualmente na pós-graduação, que era um trabalho muito trabalhoso e tedioso, e me perguntei se havia uma maneira de dobrar uma superfície plana em uma forma tridimensional usando um motor, "disse Teoh, um ex-Wyss Postdoctoral Fellow no laboratório de Robert Wood, Ph.D., que agora é engenheiro da Cooper Perkins.

Um colega do Wood lab na época, Brennan Phillips, Ph.D. - agora professor assistente de engenharia oceânica na Universidade de Rhode Island - viu os projetos de Teoh e sugeriu que ele os adaptasse para capturar criaturas marinhas, que são notoriamente difíceis de agarrar com o equipamento subaquático existente, em grande parte projetado para o trabalho pesado de mineração e construção oceânica.

O dispositivo que Teoh construiu consiste em cinco "pétalas" idênticas de polímero impressas em 3-D presas a uma série de juntas rotativas que são unidas para formar um andaime. Quando um único motor aplica um torque ao ponto onde as pétalas se encontram, faz com que toda a estrutura gire em torno de suas juntas e se dobre em um dodecaedro oco (como um de doze lados, caixa quase redonda), ganhando o nome de Rotary Actuated Dodecahedron (RAD). A dobradura é inteiramente dirigida pelo desenho das juntas e pela forma das próprias pétalas; nenhuma outra entrada é necessária.

A equipe testou o amostrador RAD no Mystic Aquarium em Mystic, CT e coletadas com sucesso e liberadas água-viva da lua debaixo d'água. Depois de fazer modificações no amostrador para que ele pudesse resistir às condições do oceano aberto, eles então o montaram em um veículo subaquático operado remotamente (ROV) fornecido pelo Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) em Monterey, CA e testou-o no campo em profundidades de 500-700 m (1, 600-2, 300 pés) usando o braço manipulador do ROV e um joystick controlado por humanos para operar o amostrador. A equipe conseguiu capturar organismos moles como lulas e águas-vivas em seus habitats naturais, e libertá-los sem dano.

"O design do amostrador RAD é perfeito para o ambiente difícil do oceano profundo porque seus controles são muito simples, portanto, há menos elementos que podem quebrar. Também é modular, então se algo quebrar, podemos simplesmente substituir essa parte e enviar o amostrador de volta para a água, "disse Teoh." Este design dobrável também é adequado para ser usado no espaço, que é semelhante ao oceano profundo por ser de baixa gravidade, ambiente inóspito que torna a operação de qualquer dispositivo um desafio. "

Teoh e Phillips estão trabalhando atualmente em uma versão mais robusta do amostrador RAD para uso em tarefas subaquáticas mais pesadas, como geologia marinha, enquanto Gruber e Wood estão se concentrando em refinar ainda mais as habilidades mais delicadas do sampler. "Gostaríamos de adicionar câmeras e sensores ao amostrador para que, no futuro, podemos capturar um animal, coletar muitos dados sobre ele, como seu tamanho, propriedades do material, e até mesmo seu genoma, e então deixa pra lá, quase como uma abdução alienígena subaquática, "disse Gruber.

"A colaboração do nosso grupo com a comunidade de biologia marinha abriu as portas para os campos da robótica leve e da engenharia inspirada no origami para aplicar essas tecnologias para resolver problemas em uma disciplina totalmente diferente, e estamos entusiasmados em ver as maneiras como essa sinergia cria novas soluções, "disse Wood, que é membro do corpo docente fundador do Wyss Institute, o Professor Charles River de Engenharia e Ciências Aplicadas na SEAS, e também um National Geographic Explorer.

"A colaboração entre disciplinas é uma característica definidora do Wyss Institute, e este trabalho exemplifica como novas inovações podem surgir quando cientistas de campos muito diferentes começam a se comunicar uns com os outros, "disse Don Ingber, M.D., Ph.D., o Diretor Fundador do Wyss Institute, que também é Professor Judah Folkman de Biologia Vascular na Harvard Medical School e do Programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, bem como Professor de Bioengenharia no SEAS.