Maneter är cirka 95% vatten, gör dem till några av de mest genomskinliga, känsliga djur på planeten. Men de återstående 5% av dem har gett viktiga vetenskapliga upptäckter, som grönt fluorescerande protein (GFP) som nu används flitigt av forskare för att studera genuttryck, och livscykelomvändning som kan hålla nycklarna till att bekämpa åldrande. Maneter kan mycket väl hysa andra, potentiellt livsförändrande hemligheter, men svårigheten att samla dem har allvarligt begränsat studiet av sådan "bortglömd fauna". De provtagningsverktyg som är tillgängliga för marinbiologer på fjärrstyrda fordon (ROV) utvecklades till stor del för den marina olje- och gasindustrin, och är mycket bättre lämpade för att greppa och manipulera stenar och tung utrustning än geléer, sliter ofta sönder dem i försök att fånga dem.

Nu, en ny teknik utvecklad av forskare vid Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), och Baruch College vid CUNY erbjuder en ny lösning på det problemet i form av en ultramjuk, undervattensgripare som använder hydrauliskt tryck för att försiktigt men bestämt vira sina fettucciniliknande fingrar runt en enda manet, släpp den sedan utan att orsaka skada. Griparen beskrivs i en ny tidning publicerad i Vetenskapsrobotik .

"Vår extremt skonsamma gripare är en klar förbättring jämfört med befintliga djuphavsprovtagningsanordningar för geléer och andra varelser med mjuk kropp som annars är nästan omöjliga att samla in intakta, " sa första författaren Nina Sinatra, Ph.D., en före detta doktorand vid Wyss Institute som nu är mekanik- och materialingenjör på Google. "Denna teknik kan också utökas för att förbättra undervattensanalystekniker och möjliggöra omfattande studier av de ekologiska och genetiska egenskaperna hos marina organismer utan att ta dem ur vattnet."

Griparens sex "fingrar" är sammansatta av tunna, platta remsor av silikon med en ihålig kanal inuti bunden till ett lager av flexibla men styvare polymernanofibrer. Fingrarna är fästa på en rektangulär, 3D-tryckt "palm" av plast och, när deras kanaler är fyllda med vatten, böj i riktning mot den nanofiberbelagda sidan. Var och en av fingrarna utövar ett extremt lågt tryck — cirka 0,0455 kPA, eller mindre än en tiondel av trycket av en människas ögonlock på ögat. Däremot nuvarande toppmoderna mjuka marina gripdon, som används för att fånga känsliga men mer robusta djur än maneter, utöva ca 1 kPA.

Forskarna monterade sin extremt skonsamma gripare på en speciellt skapad handhållen enhet och testade dess förmåga att greppa en konstgjord silikonmanet i en vattentank för att bestämma placeringen och precisionen som krävs för att samla ett prov framgångsrikt, samt den optimala vinkeln och hastigheten för att fånga en manet. De gick sedan vidare till det riktiga på New England Aquarium, där de använde griparna för att få tag i simmande mångeléer, geléspäck, och fläckiga geléer, allt ungefär lika stort som en golfboll.

Griparen lyckades fånga varje manet mot enhetens handflata, och maneterna kunde inte bryta sig loss från fingrarnas grepp förrän griparen var trycklös. Maneten visade inga tecken på stress eller andra negativa effekter efter att ha släppts, och fingrarna kunde öppna och stänga ungefär 100 gånger innan de visade tecken på slitage.

"Marinbiologer har väntat länge på ett verktyg som återskapar mildheten hos mänskliga händer när de interagerar med känsliga djur som maneter från otillgängliga miljöer, " sa medförfattaren David Gruber, Ph.D., som är professor i biologi och miljövetenskap vid Baruch College, CUNY och en National Geographic Explorer. "Denna gripare är en del av en ständigt växande mjuk robotverktygslåda som lovar att göra insamling av undervattensarter enklare och säkrare, vilket skulle avsevärt förbättra takten och kvaliteten på forskningen på djur som har understuderats i hundratals år, ger oss en mer komplett bild av de komplexa ekosystemen som utgör våra hav."

Den ultramjuka griparen är den senaste innovationen i användningen av mjuk robotik för undervattensprovtagning, ett pågående samarbete mellan Gruber och Wyss Founding Core Faculty-medlem Rob Wood, Ph.D. som har producerat den origami-inspirerade RAD-provtagaren och multifunktionella "squishy fingers" för att samla in en mängd olika svårfångade organismer, inklusive bläckfisk, bläckfiskar, svampar, havspiskor, koraller, och mer.

"Mjuk robotik är en idealisk lösning på långvariga problem som detta inom en mängd olika områden, eftersom den kombinerar programmerbarheten och robustheten hos traditionella robotar med oöverträffad mildhet tack vare de flexibla materialen som används, sade Wood, som är medledare för Wyss Institutes Bioinspired Soft Robotics Platform, Charles River professor i teknik och tillämpad vetenskap vid SEAS, och en National Geographic Explorer.

Teamet fortsätter att förfina den ultramjuka griparens design, och syftar till att genomföra studier som utvärderar maneternas fysiologiska reaktion på att hållas fast av griparen, för att mer definitivt bevisa att de inte orsakar stress hos djuren. Wood och Gruber är också huvudutredare för Schmidt Ocean Institutes projekt "Designing the Future", och kommer att ytterligare testa sina olika undervattensrobotar på en kommande expedition ombord på forskningsfartyget Falkor 2020.

"På Wyss Institute frågar vi alltid, "Hur kan vi göra det här bättre?" Jag är oerhört imponerad av den uppfinningsrikedom och out-of-the-box-tänkande som Rob Wood och hans team har använt för att lösa ett verkligt problem som finns i det öppna havet, snarare än i laboratoriet. Detta kan bidra till att avsevärt främja havsvetenskapen, " sa Wyss Institutes grundare Donald Ingber, M.D., Ph.D., som också är Judah Folkman professor i vaskulär biologi vid Harvard Medical School, Vascular Biology Program vid Boston Children's Hospital, och professor i bioteknik vid SEAS.