Engenheiros da Caltech e da Universidade de Stanford desenvolveram uma pequena prótese que permite às águas-vivas nadar mais rápido e com mais eficiência do que normalmente fazem, sem estressar os animais. Os pesquisadores por trás do projeto vislumbram um futuro no qual águas-vivas equipadas com sensores poderiam ser direcionadas para explorar e registrar informações sobre o oceano.

As medusas usam um movimento pulsante para se impulsionar para a frente, balançando seus tentáculos enquanto se movem para capturar a presa. A nova prótese usa impulsos elétricos para regular - e acelerar - a pulsação, semelhante à maneira como um marca-passo cardíaco regula a frequência cardíaca. O dispositivo, que flutua de forma neutra na água, tem cerca de dois centímetros de diâmetro e está presa ao corpo da água-viva por meio de uma pequena farpa de madeira.

A pesquisa - liderada por John Dabiri da Caltech (MS '03, Ph.D. '05), Professor centenário de Aeronáutica e Engenharia Mecânica, e a estudante de pós-graduação de Stanford Nicole Xu - foi publicado na revista Avanços da Ciência em 29 de janeiro.

Tipicamente, as águas-vivas nadam a uma taxa de cerca de dois centímetros por segundo. Embora sejam capazes de se mover mais rapidamente, fazer isso não os ajuda a enredar a presa, sua razão típica para usar o movimento de "natação" de ondulação de tentáculos.

Na pesquisa descrita no artigo, Dabiri, Xu, e seus colegas equiparam as águas-vivas com um controlador microeletrônico pulsando a uma frequência três vezes mais rápida do que os pulsos normais do corpo dos animais. A pulsação dos animais acelerou, produzindo um aumento correspondente em sua velocidade de natação para cerca de 4-6 centímetros por segundo.

Além de tornar a água-viva mais rápida, os choques elétricos também os faziam nadar com mais eficiência. Embora a água-viva nadasse três vezes mais rápido do que seu ritmo normal, eles usaram apenas o dobro de energia para fazer isso (conforme medido pela quantidade de oxigênio consumido pelos animais durante a natação). Na verdade, as medusas equipadas com próteses tinham mais de 1, 000 vezes mais eficiente do que robôs nadadores, Xu diz.

"Mostramos que eles são capazes de se mover muito mais rápido do que normalmente, sem um custo indevido em seu metabolismo, "Xu diz." Isso revela que as águas-vivas possuem uma habilidade inexplorada para ser mais rápido, natação mais eficiente. Eles simplesmente não têm um motivo para fazer isso. "

Deve-se observar que as águas-vivas foram monitoradas de perto para garantir que não fossem prejudicadas. A água-viva não tem cérebro ou receptores de dor, mas descobriu-se que secretam muco quando estressados, e nenhuma secreção foi observada nesta experiência. Além disso, a água-viva voltou a nadar normalmente assim que a prótese foi removida.

A pesquisa representa um "meio-termo" entre duas veias do trabalho de robótica bioinspirada em que Dabiri esteve envolvido na última década, tanto na Caltech quanto em Stanford. Um envolve o uso de componentes puramente mecânicos e o outro de materiais puramente biológicos.

Com sistemas puramente mecânicos, Dabiri teve sucesso na construção de robôs que parecem animais reais, mas requerem muito mais energia para realizar as mesmas tarefas. "Ainda não capturamos a elegância dos sistemas biológicos, "ele observa. No entanto, embora sejam mais elegantes do que robôs, os sistemas puramente biológicos são muito mais frágeis. De fato, em colaboração com colegas da Universidade de Harvard, Dabiri mostrou que células de coração de rato podem responder a campos elétricos - o que as torna potencialmente úteis para dispositivos biológicos - mas as células só sobrevivem em condições de laboratório.

O esforço para adicionar controles mecânicos às medusas começou em 2013 na Caltech, quando Xu era um estudante de graduação fazendo uma bolsa de pesquisa de graduação de verão (SURF) no laboratório de Dabiri. Dabiri estava interessado em aproveitar as águas-vivas para a exploração e detecção dos oceanos por causa de sua abundância:as espécies usadas nos experimentos atuais podem ser encontradas em todos os oceanos da Terra, em profundidades que variam da superfície ao fundo de valas profundas.

"Apenas uma pequena fração do oceano foi explorada, então, queremos aproveitar o fato de que as águas-vivas já estão em toda parte para dar um salto em relação às medições baseadas em navios, que são limitados em número devido ao seu alto custo, "Dabiri diz." Se pudermos encontrar uma maneira de direcionar essas águas-vivas e também equipá-las com sensores para rastrear coisas como a temperatura do oceano, salinidade, níveis de oxigênio, e assim por diante, poderíamos criar uma rede oceânica verdadeiramente global, onde cada um dos robôs água-viva custasse alguns dólares para instrumentar e se alimentar com energia de presas que já estavam no oceano. "

Atualmente, a prótese pode direcionar a água-viva para começar a nadar e controlar o ritmo. A próxima etapa será desenvolver um sistema que oriente as águas-vivas em direções específicas e que lhes permita responder aos sinais dos sensores a bordo, diz Dabiri, que espera desenvolver controles eletrônicos ainda menores que possam ser completamente embutidos no tecido da água-viva, tornando-as próteses permanentes, mas despercebidas.

O estudo é intitulado "Microeletrônicos de baixa potência incorporados em águas-vivas aumentam a propulsão."