Медузы-киборги будут автономно исследовать океанские глубины
Мировой океан, подобно космосу, остается во многом неизведанной территорией. Лишь немногие люди исследовали эти бездны, используя специальное оборудование жизнеобеспечения. В отличие от космоса, в океане обитают живые существа, способные его изучать: например, медузы. Они могут погружаться на глубины, недоступные человеку. Это делает их интересными кандидатами для автономных океанических исследований.
Ян Дабири, ученый из Калтеха, модифицирует этих созданий, создавая биогибридных роботов-медуз. Медузы-киборги продолжают вести привычный образ жизни: плавать, питаться, жалить и размножаться. Но с некоторыми усовершенствованиями, включая небольшой электронный модуль и протезированную “шляпку”, плюс они получили улучшенные возможности для плавания. Идея состоит в использовании таких усовершенствованных медуз в качестве роботов для сбора данных. Они будут плавать по океану, собирая информацию о температуре, уровнях кислорода и солености. Изменение климата влияет на все эти факторы, что важно для понимания воздействия накопления углекислого газа.
“Хорошо известно, что океан критически важен для определения нынешнего и будущего климата на суше. Тем не менее, мы до сих пор удивительно мало знаем об океане, особенно в отдалении от поверхности, – говорит Дабири. – Наша цель – наконец-то продвинуться вперед, взяв на вооружение нетрадиционный подход, вдохновленный одним из немногих животных, которое уже успешно исследует весь океан”.
Привлечение медуз для решения инженерных задач
Эти создания вдохновили Дабири попытаться создать механического робота, плавающего подобно медузе. Идея сработала, но отчасти. Робот никогда не плавал так же хорошо, как настоящая медуза. Поэтому в итоге Дабири решил привлечь живых медуз для дальнейших экспериментов.
Сначала Дабири и коллеги имплантировали в медуз электронные кардиостимуляторы для контроля скорости плавания. Когда это сработало, они добавили к медузе дополнительный элемент под названием передний корпус. Он выглядит как маленькая шляпка, надетая на тело медузы. Команде пришлось поработать, чтобы адаптировать его. В конце концов они разработали модель, совместимую с датчиками и другой электроникой.
“Мы спроектировали 3D-печатные передние корпуса для обтекания купола робота-медузы, уменьшения сопротивления и повышения скорости плавания, – сказал член команды Симон Анусчик. – Параллельно мы экспериментировали, чтобы тщательно сбалансировать плавучесть и обеспечить вертикальное плавание медуз”.
Биогибридная медуза спускается через трехэтажный резервуар, в котором проводились испытания на плавание.
Насколько хорошо работали медузы-киборги?
После многочисленных экспериментов команда была готова испытать своих киборгов. Они построили в Калтехе трехэтажный аквариум для тестов. Почему такой большой? “В океане медузам-киборгам понадобится несколько дней, чтобы совершить путь от поверхности до глубины в несколько тысяч метров, поэтому мы хотели создать установку для изучения этого процесса в лаборатории, – объяснил Дабири. – Наш вертикальный бассейн позволяет животным плавать против вертикального течения, подобно беговой дорожке для пловцов. Мы ожидаем, что уникальный масштаб установки, вероятно, первой вертикальной водной беговой дорожки такого рода, будет полезен для решения самых разных фундаментальных и прикладных исследовательских задач”.
Результаты оказались интересными. Испытания показали, что усовершенствованная медуза, несущая нагрузку в виде измерительных приборов, плавает в 4,5 раза быстрее обычной. И они, кажется, вовсе не возражают против такой работы.
“Медузы – первопроходцы в изучении океана, добирающиеся до его самых глубоких уголков и процветающие как в тропических, так и в полярных водах, – говорит Дабири. – Поскольку у них нет мозга и способности чувствовать боль, мы смогли сотрудничать с биоэтиками, чтобы разработать это биогибридное робототехническое применение на принципиальной этической основе”.
Стоимость одной медузы-киборга довольно низка по сравнению с дорогостоящими океанографическими приборами. Общие затраты составляют около 20 долларов на медузу. Затраты на исследовательское судно со схожими возможностями могут превысить 50 000 долларов. Конечно, медузы проходили испытания только на относительно небольшой глубине. Чтобы отправить их на большие глубины, необходимо доработать их измерительные модули.
“Нам еще предстоит спроектировать датчики, способные выдерживать огромное давление, но это устройство меньше, чем мяч для софтбола, что значительно облегчает задачу по сравнению с подводной лодкой, работающей на таких глубинах, – сказал Дабири. – Я действительно рад возможности впервые понаблюдать за этими частями океана”.
Медузы-киборги в космосе?
Работа Дабири не затрагивает применения медуз в космосе. Однако сведения об этих киборгах наталкивают на мысли об использовании подобных технологий на других планетах. Мы вряд ли сможем отправить самих медуз, допустим, на Европу. Но, возможно, конструкторы приборов смогут позаимствовать идею об улучшенных способностях к плаванию, чтобы создать продвинутых пловцов для исследования соленых океанов этого далекого спутника. Кто знает, что они могут там обнаружить.
Научная фантастика сегодня становится реальностью, а кажущиеся абсурдными идеи приносят поразительные результаты. Помогая изучать малоизвестные глубины Мирового океана, медузы-киборги открывают новую увлекательную страницу в истории океанографии. Какие еще удивительные открытия ждут нас впереди, благодаря смелому научному мышлению?
Читайте также: Гибридный биокомпьютер объединил ткани человеческого мозга с компьютерными чипами