O oceano profundo - escuro, frio, sob alta pressão, e sem ar - é notoriamente inóspito para os humanos, no entanto, está repleta de organismos que conseguem prosperar em seu ambiente hostil. O estudo dessas criaturas requer equipamentos especializados montados em veículos operados remotamente (ROVs) que podem resistir a essas condições para coletar amostras. Este equipamento, projetado principalmente para as indústrias de petróleo e mineração subaquáticas, é desajeitado, caro, e difícil de manobrar com o tipo de controle necessário para interagir com a delicada vida marinha. Pegar uma lesma marinha delicada do fundo do oceano com essas ferramentas é o mesmo que tentar colher uma uva usando uma tesoura de poda.

Agora, um grupo multidisciplinar de engenheiros, biólogos marinhos, e os roboticistas desenvolveram um dispositivo de amostragem alternativo que é macio, flexível, e personalizável, permitindo que os cientistas agarrem suavemente diferentes tipos de organismos do mar sem danificá-los, e modificações de impressão 3D no dispositivo durante a noite, sem a necessidade de retornar a um laboratório em terra. A pesquisa é relatada em PLOS One .

"Ao interagir com soft, delicadas criaturas subaquáticas, faz mais sentido que seu equipamento de amostragem também seja macio e gentil, "disse o co-autor Rob Wood, Ph.D., um membro do corpo docente fundador do Wyss Institute, que também é Professor Charles River de Engenharia e Ciências Aplicadas na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson. "Só recentemente o campo da robótica leve se desenvolveu a ponto de podermos construir robôs capazes de agarrar esses animais de maneira confiável e inofensiva."

Os dispositivos de "garra macia" que a equipe projetou têm de dois a cinco "dedos" feitos de poliuretano e outros materiais moles que abrem e fecham por meio de um sistema de bomba hidráulica de baixa pressão que usa água do mar para impulsionar seu movimento. As próprias garras são presas a uma bola de madeira que é mantida e manipulada usando um ROV existente, ferramentas parecidas com garras duras, controlado por um operador humano na nave à qual o ROV está amarrado.

A equipe implantou sua mais recente iteração das garras flexíveis em uma viagem a bordo do R / V Falkor na remota Área Protegida das Ilhas Phoenix, no sul do Pacífico. Um ambiente tão isolado significava que a obtenção de novas peças para as garras seria quase impossível, então eles trouxeram duas impressoras 3-D para criar novos componentes em tempo real.

"Estar em um navio por um mês significava que tínhamos que ser capazes de fazer tudo o que precisávamos, e as impressoras 3-D funcionaram muito bem para fazer isso no barco. Eles estavam funcionando quase 24 horas por dia, 7 dias por semana, e fomos capazes de receber feedback dos operadores de ROV sobre sua experiência com as garras macias e fazer novas versões durante a noite para resolver quaisquer problemas, "disse Daniel Vogt, EM., um engenheiro de pesquisa no Instituto Wyss que é o primeiro autor do artigo.

As garras macias foram capazes de agarrar lesmas do mar, corais, esponjas, e outras formas de vida marinha com muito mais eficácia e menos danos do que as ferramentas tradicionais de amostragem subaquática. Com base na entrada dos operadores de ROV, a equipe imprimiu extensões de "unha" em 3D que poderiam ser adicionadas aos dedos da pinça para ajudá-los a obter por baixo das amostras que estavam em superfícies duras. Uma malha flexível também foi adicionada a cada dedo para ajudar a manter as amostras contidas nas mãos dos dedos. Outro, a versão de dois dedos das garras também foi criada com base na familiaridade dos pilotos de ROV em controlar as garras de dois dedos existentes, e seu pedido para que os dois dedos sejam capazes de segurar as amostras tanto com uma pegada de "pinça" (para objetos pequenos) quanto uma de "força" (para objetos grandes).

A equipe continua desenvolvendo as garras, na esperança de adicionar sensores que possam indicar ao operador de ROV quando as garras entram em contato com um organismo, "sinta" o quão duro ou macio é, e tomar outras medidas. Em última análise, seu objetivo é poder capturar criaturas marinhas nas profundezas do oceano e obter dados físicos e genéticos completos sem tirá-los de seus habitats nativos.

"Ser capaz de imprimir variações em 3D desses robôs soft em horas para interagir com segurança com diferentes tipos de vida marinha tem o potencial de revolucionar a forma como o trabalho de campo da biologia marinha é feito, "disse o co-autor 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.

"As novas tecnologias estão continuamente nos permitindo superar as limitações das tecnologias antigas, que muitas vezes são simplesmente aceitos como o status quo e nunca desafiados, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D., que também é o professor Judah Folkman de Biologia Vascular no HMS e do Programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, bem como Professor de Bioengenharia no SEAS. "A impressão 3-D e as tecnologias de robótica leve agora permitem que os processos de design e iteração ocorram no local, e não no laboratório, tornando-o mais rápido, mais fácil, e mais barato criar soluções para os problemas existentes. "