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哈佛水下机器人,看起像是胎盘的水母

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-07-13 12:09

原标题:【趣闻】哈佛水下机器人,花瓣手温柔捕获海底生物

哈佛最近推出了一款一种新的机器,形状像五指的拱廊爪,就像潜水艇一样可以轻轻地包裹着柔软的海洋生物进行研究,然后释放它们,整个过程中完全不伤害到海洋生物回到海洋中。这个生物捕捉器可以配备摄像头和其他传感器,为科学家提供前所未有的地球最神秘环境之一的生命视野。

海洋之中有太多我们现在为止都没有发现的生物,尤其是深海里面存在的神奇生物更是数不胜数,虽然说现在科学家在不断努力的探索,但是能够发现的还是少之又少,这不就在日前就有科学家在深海之中发现了一个神奇的物种,这个物种看起来就像是外星生物一般的存在,但是中间又有粉红色,整个交叉起来的像是一个大的海滩球,其实这种东西应该准确的来说是一种水母,不过这种水母非常的罕见,所以很多人并没有看到过这种水母的真面目。

> hbzhan内容导读:21世纪以来,全球海洋环境,特别是海岸带环境持续恶化。如何有效地保护海洋环境已经成为世界各沿海国家所共同面临的问题。欲有效地解决海洋的生态与环境问题,首先需要通过海洋环境监测,快速准确地获取相关的海洋环境数据,并采取恰当的方法对这些海洋环境数据进行评价,终获得对海洋环境保护、海洋资源开发和可持续发展有指导意义的科学依据和决策支持。 围绕全球重大环境问题、社会经济发展和国家安全的重大战略需求,发达国家和地区陆续建立中长期的海洋监测发展规划战略,环境监测能力迅速得以提升,监测体系向高分辨、大尺度、实时化和立体化发展,监测目标向生态功能延伸,监测评价由区域向全球扩展,关注焦点从传统意义上的污染监测和评价,逐步转向对人类健康保障、海洋生物多样性保护、海洋环境可持续开发利用、海洋环境保护措施效果和管理行动计划的优先顺序等更深层次问题的聚集。 近日,美国研发了一款仿生水母机器人,可以深入海洋执行监测海洋环境、开展水生生物研究及绘制海底地图等任务。这台代号为“Cyro”的机器人由美国弗吉尼亚理工学院肖申克·普利亚团队全长约5.58英尺,净重170磅,其具体仿制对象是霞水母,Cyro代号的由来是Cyanea和单词robot前两个字母的组合。 该机器人水母的研究团队曾于2012年展示过一型人手大小的机器人水母,此次展示机器人的体形更加庞大。与成年人相仿研究团队的研究人员称,更大的体积可以携带更多的负载,运行时间可以更长,航行距离可以更远。生物学和工程学研究结果显示更大的体积可以降低运输成本。 这两个机器人都是基于美国海军水下战中心和海军研究局资助的跨大学全国范围项目。目标是研究用于环境监视和监测的水中自持/自主机械,也可用于其他用途,如研究水生生物、海底绘图和洋流监测。 普利亚说,之所以选择水母作为仿生对象,是因为该研究在美国海军水下作战中心和美国海军研究办公室的资助下,希望研制一款耗能低、在水下可以自动运行的机器人,用以执行监测海洋环境,开展水生生物研究以及绘制海底地图等任务。 水母则是这款机器人好的模仿对象,它们广泛分布于世界的各大洋,是海洋中代谢速率低的物种之一。同时,它们之间的外貌、大小差别很大,使得工程师可以设计出不同用途的水母机器人。 那么,这种机器人在水中是如何运动的呢?研究人员介绍说,其内部有一个碗状刚性支架。刚性支架上安装了直流电动机,可以控制刚性支架外部包裹的人造硅胶层进行有规律摆动,以此来产生动力。“Cyro的运动方式与真正的水母已经很相似了。”普利亚说。 此外,机器人内部的直流电动机以及信息处理系统由安装在刚性支架上的镍氢电池来驱动。普利亚表示,目前,Cyro可以收集、分析、处理以及传送所感应到的数据信息,这对实现今后将其用于浅海海域情况监测的目标来说是一个巨大的进步。 不过,按照设计要求,这种机器人必须能够在数月或者更长的时间里自动运行,工程师无法在此期间对它进行修理或替换电池。所以,研究人员正在设法将镍氢电池替换为氢燃料电池。 另据了解,2012年,该团队曾研发出这种机器人的原型机——一款只有手掌大小、代号为“RoboJelly”的水母机器人。“因为大型机器人意味着更大的装载量和更长的航程。”该团队成员、博士生亚历克斯·维兰纽瓦表示,“此外,生物学和工程学实验结果显示,大型机器人的能源利用率也更高,所以我们研制了尺寸更大的Cyro。” 不过,这两款水母机器人目前只是用于研究和测试,数年内还不能投入实际运行。“我们当前的目标是,Cyro可以帮助我们理解与其大小相当的水生生物的运动机制。”维兰纽瓦说。 维兰纽瓦表示,该校的科研团队还在研制另一款水母机器人。“我们将对新机器人继续进行改进,减少其能源消耗,完善其动力系统、控制系统,同时,还将使其外形更像一只真正的水母。”

科学家在西里伯斯海发现大量奇特生物

来源:机器人大讲堂

该装置设计安装在远程操作的水下航行器上,折叠成一个大约21厘米宽的12面盒子。使用操纵杆,附近船上的操作员可以小心地将这个盒子静悄悄的落脚在柔软的生物周围,像水母和头足类动物,可能会受到其他标本采集工具的伤害。在7月18日的“ 科学机器人”杂志网上描述的,这个装置只是暂时将生物拘留在围栏内,将为其他难以捉摸的深海生物进行特殊检查创造难得的机会。

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此次这个神奇的物种是由远程操作的车辆在太平洋深处所拍摄到的特殊图片,中国使用这种特殊的记录仪,记录到了这种神奇的水母,这种水母之前就已经被发现过,这种水母叫做渊宿水母,主要是生活在500米以下的水域,但是跟其他水母很不一样,因为它没有触角,看起来就像是一个胎盘一般,其实这个水母在最初被发现的时候,科学家误认为这应该是海洋里面哺乳动物在产子的时候说遗落在海中的胎盘,后来被证实这并不是胎盘,反而是一种海洋里面独特的水母,所以它也有一个特别的名字叫做胎盘水母。

在印度洋和太平洋交汇处的西里伯斯海,有一片由几千个岛屿组成的“珊瑚三角带”。它分属于菲律宾、印度尼西亚和马来西亚。这里海水温暖,拥有深达5000米的深海盆地。科学家认为,在这片相对孤立的深海盆地,可能会进化出新的生物。

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来自纽约城市大学巴鲁克学院海洋生物学家David Gruber说,深海自由流动植物,包括一些水母和它们的凝胶状植物,“有时往往会被当做是遗忘的动物群”。他说,虽然许多生物学家对海底的喧嚣进行了调查,但在开放的水域寻找小型生物使难度增加,因此我们对这些动物的理解“几乎是一片空白”。

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来自伍兹霍尔海洋研究所,美国国家地理学会的专家曾对这片海域进行过一次为期4周的探索,发现了大量以前未见的物种。近日,伍兹霍尔海洋研究所在其网站公布了一组当时科考的照片,为我们详细解读这片孕育奇特生物的海域。

绚烂多彩的海底世界,一直是科学家们积极探索的另一个神秘空间。那里有色彩斑斓的珊瑚,有纯净优雅的水母,有各种各样比人类存活要长很多很多的远古生物。据科学家介绍,海底世界是地球上资源最广又开采最少的自然环境,而且至少还有100万种尚未挖掘的物种。而且许多未被发现的水生动物是凝胶状的,因此超级脆弱。传统的捕获技术,如网,通常会破坏这些生物。

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科学家表示,此次发现的这些图片,确实是让人感觉非常的不可思议,这种图片看起来就像是外星人出现在海底一般,其实我们现在对于这种水母的认知非常少,几乎可以认为是一无所知,虽然说这种水母从1966年就已经发现,并且开始研究,但是在前前后后的几十次捕捉中,仅仅获得过一个标本,而且这个标准还并不是完整的。

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研究人员在他们的武器库中有一些工具用于捕获开放水域的动物并将它们带到地面进行检查。不幸的是,非常适合捕获坚固的深海居民的网或吸吮装置,如鱼和甲壳类动物,可以破坏脆弱的生命形式,如梳状胶冻和水母。路易斯安那大学拉斐特分校的生物海洋学家凯利罗宾逊说,这种新的捕捉生物的小工具提供了“一种非常酷”的方式来更轻柔地处理深海最微妙的“居民”。

据说当时捕捉这个标本的时候,由于水母的面积实在太大了,所以当时采集器根本就无法完全将这个水母给吸收进去,所以只是采集到了这个水母的一部分而已,因此现在所看到的这个标本是不完整的,不过这依旧非常的罕见,所以这个标本现在是在英国的博物馆里面保存着。

海洋生物学家发现这种非同寻常的生物,因其有像鱿鱼一样的触角,为其取名“鱿鱼虫”。

但海底危机四伏的环境并不适宜人类亲自抵达,而所借助的机器人大多又粗糙坚硬,没办法将古老的软体动物完好无损的带回陆地。因此开发一种柔软的机器人抓手,成为解决这一问题的出路。近期哈佛大学的研究人员就研发了这样一款柔软抓手,并把详细文章发表在了《Science Robotics》上。

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总部位于马萨诸塞州列克星敦的工程公司Cooper Perkins Inc.的机械工程师Zhi Ern Teoh及其同事在加利福尼亚州蒙特利湾的一个水下峡谷中测试了他们的设备。研究人员将水母和鱿鱼捕获并释放到地表以下700米处,但他们的机器设计工作深度达11公里。在这个机器人盒子里装动物“真的是许多人中的第一步,”格鲁伯说。该团队现在希望用三维相机,DNA扫描技术和其他传感器来装配机器,以收集有关标本生理学的信息。该盒子还可以配备仪器,以便在动物被释放回海洋之前对其进行标记。

这种水母根本就没有触角,那么说到这里可能很多人就会比较好奇这种神奇的水母,如果它们没有触角是如何捕捉其他生物,如何寻找猎物来获取能量呢?一个生物如果没有食物来源几乎是不可能生存下去的。科学家对此也是非常的好奇,他们发现这种神奇的渊宿水母,它们并不是通过触手来捕捉猎物,反而是通过自己的身体,也就是说当它们发现猎物的时候,会直接使用自己的这个伞状凝胶,将整个猎物包裹到里面去,吸收到自己的身体里面,之后就可以进一步的捕杀,从而就能够获取食物和能量。

科学家发现这种长约15厘米的栉水母。它与海蜇的近亲,生活在情况多变的水面附近。与它的近亲不通的是它那黑色的外形,之前在该物种的研究中从未曾发现。

这是一款以折纸为灵感的机器人抓手,全名为rotary actuated dodecahedron缩写为RAD,它看上去像一个5瓣的花朵,当机器人抓手的5个花瓣关合时,从外形上看是一个中空的十二面体,能够在观察到猎物时迅速关合并且给猎物留下足够的空间。

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那么从这里就可以看出,虽然说它们没有触角,但是它们的这个伞状的环肌其实是非常发达的,在它们的伞状表面有很多的刺细胞,不过科学家发现在它的伞下面形成了一些网状的水管系,那么这些形状的形成科学家认为应该是由于生活在深海之中,这里的食物来源非常的缺乏而营养更是少之又少,因此才会进化成这个样子,有了这样复杂的水管,才能够将更多的营养输送到母体之中,从而能够有利于它们的生存,至于说它们的身体,其实准确的来说应该是呈现出棕红色,而且还有一个很小的胃囊,但是关于这种水母,它们究竟在海洋里面吃什么食物却并没有详细的报道和说明,不过科学家推测很有可能它们跟其他水母是差不多的,捕食的食物应该是主要生活在海洋之中的,一些小鱼或者甲壳类的小动物,再就是海洋之中其他的一些水母都可能成为它们的食物来源。

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对海洋生物的元素进行观察可以更多地了解它们吃什么,它们在哪里旅行,它们如何对气候条件的变化作出反应,以及揭示新物种。鉴于我们对深海几乎一无所知,“我们提出的几乎任何东西都将是有用的信息,” Teoh说。

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哈佛水下机器人,看起像是胎盘的水母。图上的生物看起来像空间站,但实际上是由单细胞的放射虫组成的有机体复合体。那些白块状的部分是单个细胞,而球状的结构就是它们的复合体。它之所以形成有机复合体,科学家猜测是为了避免个体因硅化而形成片状结构。

机器人的5个花瓣完全相同,是通过3D打印的聚合物,这种材料质地柔软耐用。花瓣们被连接到一系列的旋转接头上,这些旋转这头连载一起形成支架。

另外发现此次科学家使用的这种探测器在接近水母的时候,水母感受到了探测器的震动于是这种水母就迅速的闭合了身体,可能它是以为这个探测器应该是一种美味的猎物,因此才会将探测器给包起来,但整个过程看起来是相当神奇的。

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科学家表示,此次使用这种水下采集器拍摄的时候,在海底的珊瑚林里面,神奇的拍摄到了这种水母死亡之后,一只螃蟹在这只死亡的水母上面嬉戏的镜头,这种水母在死后看起来就像是一坨果冻,而且它的周围有很多的小螃蟹,在这种深海之中食物是相对匮乏的,所以当水母去世之后会有很多的动物不断的来蚕食它们的身体,以此来填饱自己的肚子。

大多数水母是很脆弱的,如果通过用网捕捞的方式会破坏它们的结构。潜水员使用玻璃瓶来收集靠近海面的那些“易碎品”,玻璃瓶能够把水和生物一同捞起,减少对其结构的破坏。

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抓手最神奇的地方,是受到折纸的启发,机器人的5个花瓣附着在一系列的旋转接头上,仅需要一个电机就能让整个结构围绕其关节旋转,将抓手折叠成中孔的12面体。而且研究人员尝试了集中不同的形状,但这种12面版的效果最好。

科学家借助科考机器人,在2000米深的西里伯斯海捕获了一种长约3厘米,和普通药片差不多大小的等足目生物。与短小的身体不相符的是它那修长的腿,看起来好似在水中“探路”。

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目前这款机器人抓手已经在水族馆内进行了测试,它能够成功捕获并释放柔软的水母,而不对它造成任何伤害。

这种看起来像收集了好多泡泡的瓶子的生物,科学家称为“火体虫”,长约7厘米,是一种球形的聚合体生物,那些泡状物就是聚合体的“居民”。每一个微小的个体都像泵一样给有机体提供水分和养分,使得这个聚合体能够生存,同时还发出光芒。

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而且,这款机器人抓手还被安装在了一款水下机器人机体上,并成功潜入700米海底警醒了深度测试。在远程测试中它也成功捕获并释放了鱿鱼、章鱼和水母等标本。

在黑暗的深海环境下,光线只能来自生物体自身的发光功能,而光线可以使它们找到伴侣或引诱到猎物。但是,如果透明的动物吃掉了一个发光动物,然后捕食者的肚子开始闪烁,就能让自己发光吸引更多饥饿的生物。科学家们认为,许多深海动物,就像这只肚子周围有红色细胞海蜇,让猎物的光可以从自己体内发射出去,借此吸引更多饥饿的生物前来。

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科学家在西里伯斯深海约2500米海域捕获这种粉红色、透明的好似海参的生物。它一般在海底觅食,借助其身体前端类似衣领的结构在水中游动。图中的这只刚进过食,通过其透明的身体,可以看到它膨胀的消化道。

这款机械手的研发兼文章的第一作者表示,RAD采样器设计非常适合深海环境,因为它的控制非常简单,因此可以使元素更少。它也是模块化的,所以如果有什么东西坏了,我们可以简单地更换部件并将采样器送回水中,而且这种折叠设计也非常适合在太空中使用。

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研究人员正在开发一种更耐用,更坚固的RAD版本,用于更复杂的水下任务,如海洋地质甚至建筑项目。未来,RAD还可以配备内置摄像头,触摸传感器甚至DNA测序技术。因此,除了捕捉海洋生物之外,RAD最终还是能够在该领域进行自己的研究。

有意思的是,关于这种设备,就连国家地理杂志也在网站上刊登并且大篇幅报道了,可想而知,这种设备的对于探测海底世界意义还是深远的。

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