ハードな水中問題へのソフト・ソリューション

研究者は、3本の指のソフトマニピュレータを2本の指のバージョンに変換しました。ここでは、非常に繊細なナマコのピンチ把握を行っています。 （クレジット：Schmidt Ocean Institute）

硬質基盤上の岩石に付着した海のアネモネを把握している3本指のソフトマニピュレータ。 （クレジット：Schmidt Ocean Institute）

完全に3Dプリントされたグリッパのこのバージョンでは、指の端に「指の爪」が付いています。硬い表面に置かれている生物を拾い上げるのに役立ちます。 （クレジット：ハーバード大学Wyss Institute）

2本の指だけを有するグリッパの修正版は、大きな物体を保持するための「力把握」と、人間の手のような小さな物体を保持するための「ピンチ把握」の両方を行うことができる。 （クレジット：ハーバード大学Wyss Institute）

研究者は、ROVのパイロットや生物学者からのフィードバックに応答して、船に搭載された3Dプリンタを使用して、グリッパ（オレンジ色）の新しいバージョンを作成しました。 （クレジット：ハーバード大学Wyss Institute）

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さまざまな種類の海洋生物を安全にサンプリングするためにソフトグリッパを船上に3D印刷することができます

深い海 - 暗、寒い、高圧の下、そして空気のない - は、人間にとっては不名誉なことですが、過酷な環境で繁栄する生物でいっぱいです。これらのクリーチャーを勉強するには、サンプルを収集するためにその条件に耐えることのできる遠隔操作車両（ROV）に搭載された特別な装置が必要です。主に水中油および鉱業用に設計されたこの装置は、険しくて高価であり、繊細な海洋生物との相互作用に必要な制御を行うことが困難です。これらのツールを使って海底から繊細な海スラグを選ぶことは、剪定鋏を使ってブドウを摘み取ることに似ています。

今や、技術者、海洋生物学者、ロボット工学者の多分野のグループが、柔らかく、柔軟でカスタマイズ可能な代替サンプリング装置を開発しました。科学者は、さまざまなタイプの生物を海から穏やかに掴み、陸上実験室に戻らなくても夜間にデバイスを使用することができます。研究はPLOS Oneで報告されています。

「柔らかく繊細な水中生物とやりとりするときには、採取装置が柔らかく優しいようにするのが最も理にかなっています」とWyss Instituteの創設者であるRob Wood博士は次のように述べています。ハーバード・ジョン・ポールソン工科大学応用科学科（SEAS）のチャールズ川教授（エンジニアリング・応用科学教授）。 「最近、ソフトロボットの分野は、これらの動物を確実に無害に把握できるロボットを作ることができるようになってきました。

チームがデザインした「ソフトグリッパー」は、海水を使って動き出す低圧の油圧ポンプシステムを介して開閉するポリウレタンや他のすっきりした材料で作られた2本から5本の「フィンガー」を備えています。グリッパ自体は、ROVが拘束されている船上の人間の操作者によって制御されるROVの既存の硬い爪のようなツールを使用して保持され、操作される木製のボールに取り付けられる。

チームは南太平洋の遠隔フェニックス諸島保護地域にあるR / V Falkorに乗った航海にソフトグリッパーの最新の反復を展開しました。このような孤立した環境では、グリッパの新しい部品を手に入れることはほとんど不可能であるため、オンザフライで新しいコンポーネントを作成するために2台の3Dプリンタを導入しました。

「1か月間船に乗っていれば、必要なものを作ることができなければなりませんでした。ボートで3Dプリンタがうまく動作することが判明しました。我々はそれらをほぼ24時間365日稼動させていました。ソフト・グリッパを使用してROVオペレータからのフィードバックを受け取り、問題を解決するために夜間に新しいバージョンを作成することができました」とWyssのリサーチエンジニアDaniel Vogt論文の最初の著者である研究所。

ソフトグリッパーは、伝統的な水中サンプリングツールよりもずっと効果的かつ損害の少ない、ナメクジ、サンゴ、スポンジ、その他の海洋生物を掴むことができました。 ROVオペレータからの入力に基づいて、チームは硬い表面に座っていたサンプルの下に乗るのを助けるためにグリッパの指に追加することができる3D指紋の「指爪」の延長線を使用しました。フレキシブルメッシュを各指に追加して、指のグリップ内にサンプルを保持するのを助けました。グリッパの2フィンガ版は、ROVのパイロットが既存の2指グリッパを制御することに基づいて作成されたもので、2本のフィンガが「ピンチ」把握（小さなオブジェクトの場合）と "力"の把握（大きなオブジェクトの場合）。

チームはグリッパを開発し続けており、グリッパが生物と接触したときにROVオペレータに指示できるセンサを追加し、それがどれほどハードかソフトかを感じ、他の測定を行うことを望んでいます。究極的には、彼らの目標は、深海の海の生き物を捕獲し、自然の生息地から取り除かずに完全な物理的および遺伝的データを得ることである。

「様々な海洋生物と安全にやりとりするために、数時間以内にこれらのソフトロボットの3Dプリントを可能にすることは、海洋生物学のフィールドワークが行われる方法に革命をもたらす可能性を秘めています」と共同執筆者のDavid Gruber博士は、誰が2017-2018ラドクリフフェロー、ナショナルジオグラフィックエクスプローラ、およびバリューカレッジ、CUNYの生物学と環境科学の教授です。

Wyss Instituteの創設者Donald Ingber博士は、次のように述べています。「新技術は常に古い技術の限界を克服することを可能にしています。ユダ・フォークマンHMSの血管生物学教授、ボストン・チルドレン病院の血管生物学教授、SEASのバイオエンジニアリング教授。 3D印刷とソフトロボックスの技術により、ラボではなく現場で設計と反復のプロセスが可能になり、既存の問題の解決策を迅速に、簡単に、安価に作成できます。

この論文のその他の著者には、Wyss InstituteのKaitlyn BeckerとMortiz Graule、Brennan Phillips博士のHarvard SEASが含まれます。ロードアイランド大学のRandi Rotjan、Ph.D.ボストン大学、ティモシーシャンク、Ph.D.ウッズホール海洋学研究所、Erik Cordes博士号取得テンプル大学から。

この研究は、全米海洋大気学会、シュミット海洋研究所、全米科学財団、全米科学アカデミー、PIPA保全信託、PIPA科学委員会、ハーバード大学のウィズス研究所によって支援されました。