Мягкие робопальцы аккуратно захватывают глубоководных медуз

Морские биологи начали использовать «мягкие роботизированные пальцы-спагетти» в качестве инструментов для подводных исследований. В исследовании, опубликованном 24 февраля в журнале Current Biology, ученые обнаружили, что у медуз, удерживаемых ультрамягкими робопальцами, экспрессировалось значительно меньше генов, связанных со стрессом, по сравнению с захватом традиционными жесткими манипуляторами подводных аппаратов. Эта новая робототехническая технология, по форме напоминающая знаменитую пасту, позволяет собирать экологические данные более бережно и менее инвазивно.

«С помощью геномики мы подтвердили, что недавно разработанные мягкие роботы — более щадящий способ обращения с одними из самых скользких организмов — медузами», — говорит первый автор Майкл Тесслер. «С помощью новых технологий мы часто можем совершать огромный прорыв в таких методах, как обращение с глубоководными животными».

В отличие от собаки или кошки, медуза не может зашипеть или запищать от дискомфорта. Вместо этого анализ экспрессии их генов может дать представление о реакции на окружающую среду. Используя секвенирование генов, исследователи измерили различия в экспрессии генов у медуз, когда они свободно плавали, удерживались мягкими робопальцами или захватывались стандартным жестким клешневидным манипулятором.

«Представьте, что вы спокойно сидите за столом, я измеряю, какие гены активны, а затем тыкаю вас клешней. Затем я посмотрю, насколько по-другому отреагировали ваши гены по сравнению с состоянием покоя; сила этой разницы может служить индикатором уровня стресса», — объясняет старший автор Дэвид Грубер.

У бережно удерживаемых медуз паттерны экспрессии генов были наиболее похожи на таковые у нетронутых особей, что демонстрирует их относительно спокойную реакцию на захват. Более того, у медуз, пойманных клешней, экспрессировались гены «ремонта», что говорит о подготовке к физическому повреждению. «Интересно, что когда вы начинаете беспокоить их стандартными захватами, они сразу же переходят в режим самовосстановления/стресса, потому что — будучи таким хрупким организмом — для них стресс — обычное дело», — отмечает Грубер. Экспрессия этих генов самовосстановления была на более высоком уровне по сравнению со свободно плавающими или бережно удерживаемыми медузами.

Однако значение этого исследования выходит далеко за рамки медуз. «Мы просто использовали их в качестве модельных организмов», — говорит Грубер. «Теперь, когда мы показали, что этот метод вызывает меньший стресс у такого хрупкого существа, как медуза, это действительно доказывает нашу гипотезу: мягкие роботы в глубоком море могут быть эффективными инструментами для всех видов деликатных взаимодействий».

С этим согласна соавтор Нина Синьятра, которая, работая над исследованием в качестве аспирантки Института биологически инспирированной инженерии Висса при Гарвардском университете, разработала нежные робопальцы. «Выбор материалов, которые являются гибкими, прочными и легкими, позволяет мягким роботам надежно работать в глубоководной среде, оставаясь при этом достаточно деликатными для безопасного взаимодействия с самыми хрупкими морскими организмами», — говорит Синьятра. «Расширяя наш набор материалов, инженеры могут находить новые и умные решения задач, которые были бы не по силам обычным роботам».

Более того, эти мягкие роботизированные инструменты можно использовать на поверхности для приложений, непосредственно полезных для человека. «Их можно использовать для сбора фруктов с деревьев без повреждений, реабилитации мышц пациентов после инсульта и многого другого, с чем сегодня слишком неуклюжие и мощные жесткие роботы просто не справляются», — говорит соавтор Роб Вуд.

Исторически освоение океана было грубым процессом; сбор данных требовал отрыва материала от морского дна или умерщвления образцов для последующего изучения на поверхности. С появлением мягких роботов стало возможным брать мазки ДНК и даже проводить медицинские осмотры глубоководных организмов в реальном времени с минимальным физическим воздействием.

«Интегрируя мягких роботов в методы глубоководных исследований, мы меняем наше видение будущего для морских биологов», — говорит Грубер. «Наша философия заключается в том, что мы должны быть как можно более бережными и осторожными, изучая и приближаясь к этим новым рубежам».