深みのあるエイリアンを勉強する

クレジット：ハーバード大学Wyss Institute

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クレジット：モンテレー湾水族館研究所（MBARI）

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Folhed多面体サンプラーにより、微妙な水中生物の捕獲と放出が容易に

オープンな海は、地球上で最も大きくて探検されていない環境であり、まだ説明されていない100万種までを保有すると推定されています。しかし、これらの生物の多くは、柔らかい体格のクラゲ、イカ、タコのようなものであり、既存の水中ツールでは捕獲することが困難であり、頻繁に損傷または破壊する。現在、ハーバード大学のWyss Institute、John A. Paulson工学および応用科学学校（SEAS）の研究者、Radcliffe Institute for Advanced Studyが折り畳まれた多面体のエンクロージャ内の繊細な海の生き物を安全にトラップし、折り紙に触発された新デザインを使用しています。研究はScience Roboticsで報告されています。

「これらの動物は、あたかも芸術作品であるかのように近づきます。モナリザの塊を切り取って研究しますか？いいえ、私たちは最も革新的なツールを利用しています。これらの深海生物は数千年前のもので、我々がそれらとやりとりしているときに同様の優しさで扱われなければなりません」と、2017-2018ラドクリフフェローであるDavid Gruber博士は、ナショナル・ジオグラフィック・エクスプローラ、バーク・カレッジの生物・環境科学教授、CUNY。

水中サンプル収集に折り畳み特性を適用するという考え方は、2014年に最初の著者、Zhi Ern Teoh博士（Ph.D.ハーバード大学院デザイン学部デザイン工学部のWyss Associate Faculty MemberとPierce Anderson講師であるChuck Hoberman（MS）教授から、計算手段による折りたたみメカニズムの創造について講義を受けました。 「私は大学院で手作業でマイクロロボットを製作していましたが、これは非常に面倒で退屈な作業でした。代わりにモーターを使って平らな面を立体的な形に折り畳む方法があるのか​​どうか疑問に思っていました。ロバート・ウッド博士の博士号取得後、現在はクーパー・パーキンスのエンジニアです。

当時のWood研究所の同僚であるBrennan Phillips博士（現在はロードアイランド大学の海洋工学部助教授）は、Teohのデザインを見て、海の生き物を捕獲することを提案しました。海洋鉱業と建設の大まかな作業のために主に設計された既存の水中設備をつかむ。

Teohが構築した装置は、互いに連結して足場を形成する一連の回転関節に取り付けられた5つの同一の3D印刷ポリマー「花弁」からなる。単一のモーターが花弁が会う地点にトルクをかけると、構造全体が関節の周りを回転し、中空の12面体（12面のほぼ円形の箱のような）に折り畳まれ、名前が付けられますロータリー作動十二面体（RAD）。折り畳みは、関節のデザインと花びら自身の形によって完全に指示されます。他の入力は必要ありません。

チームは、Mystic、CTのMystic AquariumでRADサンプラーをテストし、水中の月のクラゲを正常に収集してリリースしました。カリフォルニア州モントレーのモントレー湾水族館研究所（MBARI）が提供する水中遠隔操作車（ROV）に取り付けることで、サンプラーを海洋環境に耐えるように改造し、 ROVのマニピュレーターアームと人間が制御するジョイスティックを使用してサンプラーを操作すると、500〜700 mの深さになります。チームは自然の生息地の中でイカやクラゲのような柔らかい生物を捕獲し、害なく解放することができました。

「RADサンプラーの設計は、制御が非常に簡単で深刻な海洋の厳しい環境に最適なので、破損する要素が少なくなっています。モジュラー式なので、何かが壊れても、その部分を交換してサンプラーを水に戻すことができます」とTeoh氏は言います。 「この折りたたみ式のデザインは、深みのある海洋に似ている宇宙で使用するのにも適しています。低重力で不快な環境であらゆるデバイスを操作することが難しい」

TeohとPhillipsは現在、海洋地質学のような重い水中タスクで使用するためのRADサンプラーのより頑丈なバージョンに取り組んでいますが、GruberとWoodはサンプラーのより繊細な能力をさらに改良することに注力しています。 「サンプラーにカメラとセンサーを追加して、将来的に動物を捕獲し、サイズ、材料特性、ゲノムなどのデータを収集し、水中の外国人拉致に似ている」と語った。

「私たちのグループが海洋生物学コミュニティと協力して、ソフトロボティクスと折り紙に触発されたエンジニアリングの分野では、全く異なる分野で問題を解決する技術を適用することができました。このシナジーがどのように創り出されるのか、 Wyss Instituteの創設者のCore Facultyメンバー、SEASのチャールズ川教授、SEASの応用科学者、そしてNational Geographic Explorerです。

「Wyss Instituteの分野間のコラボレーションは、Wyss Instituteの重要な特徴です。この研究は、異なる分野の科学者が互いにコミュニケーションを開始したときに、新しいイノベーションがどのように出現するかを実証しています」と、創設ディレクターのDon Ingber博士は述べています。ハーバード大学医学部のユダフォークマン教授、ボストン子供病院の血管生物学教授、そしてSEASのバイオエンジニアリング教授でもあるWyss Instituteがあります。

フィリップスは、現在、ロードアイランド大学の海洋工学の助教授です。この論文の追加著者には、Kaitlyn Becker、Griffin Whittredge、James Weaver博士が含まれます。ウィス・インスティテュートとSEASから。

この研究は国立科学財団と国立科学アカデミーの支援を受けて行われました。