Bilim kurgu yıllardır yüzebilecek, tarayabilecek ve hayvanlar gibi uçabilen robotlarla dolu bir gelecek vaat etti. Caltech'teki bir araştırma laboratuarında, bir zamanlar uzak hayal gücü gibi hissettiren gerçeklik haline geliyor.
İlk bakışta, çan şekilli cisimleri sudan hafifçe nabız attığı için, yumuşak gövdeli, yarı saydam ve hayalet gibi diğer ay denizanası gibi görünüyorlar. Ancak daha yakından bakın ve bir karışık kablo, turuncu plastik parlaması ve ani bir kasıtlı hareket göreceksiniz.
Bunlar sıradan jöleler değil. Bunlar cyborgs.
Akışkan dinamikleri ve biyo-ilham alan mühendislik çalışmalarına odaklanan Caltech'teki Dabiri laboratuvarında, araştırmacılar mikroelektrik kontrolörleri denizanasına yerleştirerek “biohybrid” cihazlar oluşturuyorlar. Plan: Bu uzaktan kontrollü denizanası robotlarını, geleneksel sualtı robotlarının maliyetinin bir kısmında çevresel verileri toplamak için gönderin ve potansiyel olarak okyanusu nasıl izlediğimizi yeniden tanımlayın.
Caltech lisansüstü öğrencisi Noa Yoder, lisansüstü öğrencisi, sensörlerle dolu bir kaptan ve denizanası kaslarına bağlanan iki elektrottan oluşan bir cihaz kullanarak Cyborg denizanası geliştiren bir ekibin üyelerinden biridir.
Dabiri laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi NOA Yoder, “Yüksek teknoloji sualtı robotları arasındaki nişi dolduruyor ve sadece nereye gittikleri üzerinde çok az kontrole sahip olan hayvanlara sensörler bağlıyor” dedi. “Bu cihazlar çok düşük maliyetli ve onları zaten doğada bulunan bir denizanası sürüsüne ölçeklendirmek kolay olurdu.”
Denizanası iş için başka şekillerde mükemmeldir: çoğu deniz hayvanının aksine, Denizanasının merkezi sinir sistemi yoktur ve ağrı reseptörü yoktursibernetik büyütme için ideal adaylar yapmak. Ayrıca, kayıp vücut parçalarını yeniden büyütebilen ve Daha önceki yaşam aşamalarına geri dönme yaralanma veya strese yanıt olarak – 24 saat kadar çabuk iyileşebilir Bir cihazın kaldırılmasından sonra.
Proje neredeyse on yıl önce Dabiri laboratuvarında eski bir yüksek lisans öğrencisi olan Nicole Xu ile şu anda Colorado Boulder Üniversitesi'nde profesör olan Nicole Xu ile başladı. Araştırmaları, denizanasına gömülü elektrotların kas kasılmalarını güvenilir bir şekilde tetikleyebileceğini, saha testleri ve cihazın erken gösterileri için zemin hazırlayabileceğini gösterdi. Daha sonra, başka bir Caltech lisansüstü öğrencisi Simon Anuszczyk, denizanlığına robotik bağlar eklemenin – bazen denizanasının kendisinden bile daha büyük – hayvanların yüzmesini bozmadığını gösterdi. Ve aslında, doğru tasarlanırsa, ekler hızlarını ve hareketliliğini bile artırabilir.
Cihaz, bilim adamlarının denizanasını okyanus suları aracılığıyla pilotluk yapmalarını ve pH, sıcaklık, tuzluluk vb.
Robotik bileşenin birkaç yinelemesi olmuştur, ancak her birinin genel konsepti aynıdır: bilgi toplamak için kullanılan sensörleri barındıran merkezi bir ünite ve kablolar aracılığıyla iki elektrot. “Ekliyoruz [the device] ve denizanasına gömülü elektrotlara elektrik sinyalleri gönderin, ”diye açıkladı Yoder.“ Bu sinyal gönderildiğinde kas kasılmaları ve denizanası yüzer. ” Bu kasılmaları kontrollü bir desende tetikleyerek, araştırmacılar denizanasının nasıl ve ne zaman hareket ettiğini etkileyebilir – suda gezinmelerine ve belirli yerlerde veri toplamalarına izin verir.
Bu cyborg cihazları, deniz araştırmaları için daha ucuz (ve daha sürdürülebilir) bir seçenek sunarak okyanusu incelemek isteyen herkes için daha yaygın olarak erişilebilir hale getiriyor.
Ekip, bu projenin okyanus araştırmalarını daha erişilebilir hale getireceğini umuyor-sadece multimilyon dolarlık su depolarına sahip seçkin kurumlar için değil, aynı zamanda daha küçük laboratuvarlar ve koruma grupları için de. Cihazlar nispeten düşük maliyetli ve ölçeklenebilir olduğundan, dünya çapında daha sık, dağıtılmış veri toplama için kapıyı açabilirler.
Cihazın en son sürümü, bir basınç sensörü, bir sıcaklık sensörü ve verileri kaydetmek için bir SD kart ile birlikte yüzmeyi teşvik etmek için sinyali gönderen bir mikrodenetleyici içerir. Bunların hepsi su geçirmez 3D baskılı bir yapının içine yarım dolar büyüklüğünde. Bir mıknatıs ve harici balast, denizanasının serbestçe yüzmesine ve uygun şekilde yönlendirilmesine izin veren nötr olarak yüzdürülür.
En son yinelemenin bir sınırlaması, denizanının sadece yukarı ve aşağı hareket etmek için kontrol edilebilmesidir, çünkü cihaz sabit bir dikey oryantasyonu korumak için ağırlıklıdır ve sistemin yatay olarak yönlendirilmesi için herhangi bir mekanizma yoktur. Yoder'in mevcut projelerinden biri, cihazın dahili ağırlığını kaydıran, yön hareketini ve yüzlü rotasyonları sağlayan küçük motorlu bir kol olan bir dahili servo kolu uygulayarak bu zorluğu ele almayı amaçlamaktadır.
Çoğu deniz hayvanının aksine, denizanasının merkezi sinir sistemi ve ağrı reseptörü yoktur, bu da onları sibernetik büyütme için ideal adaylar yapar.
Ancak belki de en büyük sınırlama cihazın kendisinin bütünlüğüdür. Yoder, “Denizanası hemen hemen her okyanusta, her derinlikte, her ortamda var” dedi.
Bununla birlikte, bu doğal menzilden tam olarak yararlanmak için teknolojinin yetişmesi gerekiyor. Denizanası, derin deniz baskıları altında yüzebilirken 400 Bar – Yaklaşık olarak 15 Afrikalı filin avucunuzun içinde oturması ile aynı -3D baskılı yapılar, performanslarını tehlikeye atabilecek derinliklerde çözülür. Bu nedenle, Yoder, derin deniz kabloları ve robotik için kullanılan aynı türde basınçlı cam küreler kullanarak derin deniz versiyonu üzerinde çalışıyor.
Mevcut diğer projeler arasında denizanasının kendisinin akışkan dinamiklerinin incelenmesi yer alıyor. “Denizanası çok verimli yüzücüler,” dedi Yoder. “Bu biohybrid ataşmanlara sahip olmanın bunu nasıl etkilediğini görmek istedik.” Bu, gelecekteki Cyborg denizanasını araştırma için daha da yararlı hale getiren büyütmeler sağlayabilir.
Araştırma ekibi ayrıca, Hawaii, Kona'ya özgü Florida Keys ve Box Jellies'de bulunan baş aşağı Cassiopeia Jellies de dahil olmak üzere daha geniş bir denizanası türü ile çalışmaya başladı. Amaç, bölgesel projeler için kullanılabilecek yerli türleri bulmaktır – yerel hayvanlar kullanmak ekolojik riski en aza indirir.
Yoder, “Bu araştırma sualtı robotlarına tamamen farklı bir açıdan yaklaşıyor” dedi. “Her zaman biyomekanik ve robotik ile ilgileniyorum ve vahşi yaşamı taklit eden robotlara sahip olmaya çalıştım. Bu proje bunu bir adım daha ileri götürüyor. Neden hayvanın kendisini kullanabildiğinizde doğal mekanizmaları yakalayamayan bir robot oluşturuyorsunuz?”
İlk bakışta, çan şekilli cisimleri sudan hafifçe nabız attığı için, yumuşak gövdeli, yarı saydam ve hayalet gibi diğer ay denizanası gibi görünüyorlar. Ancak daha yakından bakın ve bir karışık kablo, turuncu plastik parlaması ve ani bir kasıtlı hareket göreceksiniz.
Bunlar sıradan jöleler değil. Bunlar cyborgs.
Akışkan dinamikleri ve biyo-ilham alan mühendislik çalışmalarına odaklanan Caltech'teki Dabiri laboratuvarında, araştırmacılar mikroelektrik kontrolörleri denizanasına yerleştirerek “biohybrid” cihazlar oluşturuyorlar. Plan: Bu uzaktan kontrollü denizanası robotlarını, geleneksel sualtı robotlarının maliyetinin bir kısmında çevresel verileri toplamak için gönderin ve potansiyel olarak okyanusu nasıl izlediğimizi yeniden tanımlayın.
Caltech lisansüstü öğrencisi Noa Yoder, lisansüstü öğrencisi, sensörlerle dolu bir kaptan ve denizanası kaslarına bağlanan iki elektrottan oluşan bir cihaz kullanarak Cyborg denizanası geliştiren bir ekibin üyelerinden biridir.
Dabiri laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi NOA Yoder, “Yüksek teknoloji sualtı robotları arasındaki nişi dolduruyor ve sadece nereye gittikleri üzerinde çok az kontrole sahip olan hayvanlara sensörler bağlıyor” dedi. “Bu cihazlar çok düşük maliyetli ve onları zaten doğada bulunan bir denizanası sürüsüne ölçeklendirmek kolay olurdu.”
Denizanası iş için başka şekillerde mükemmeldir: çoğu deniz hayvanının aksine, Denizanasının merkezi sinir sistemi yoktur ve ağrı reseptörü yoktursibernetik büyütme için ideal adaylar yapmak. Ayrıca, kayıp vücut parçalarını yeniden büyütebilen ve Daha önceki yaşam aşamalarına geri dönme yaralanma veya strese yanıt olarak – 24 saat kadar çabuk iyileşebilir Bir cihazın kaldırılmasından sonra.
Proje neredeyse on yıl önce Dabiri laboratuvarında eski bir yüksek lisans öğrencisi olan Nicole Xu ile şu anda Colorado Boulder Üniversitesi'nde profesör olan Nicole Xu ile başladı. Araştırmaları, denizanasına gömülü elektrotların kas kasılmalarını güvenilir bir şekilde tetikleyebileceğini, saha testleri ve cihazın erken gösterileri için zemin hazırlayabileceğini gösterdi. Daha sonra, başka bir Caltech lisansüstü öğrencisi Simon Anuszczyk, denizanlığına robotik bağlar eklemenin – bazen denizanasının kendisinden bile daha büyük – hayvanların yüzmesini bozmadığını gösterdi. Ve aslında, doğru tasarlanırsa, ekler hızlarını ve hareketliliğini bile artırabilir.
Cihaz, bilim adamlarının denizanasını okyanus suları aracılığıyla pilotluk yapmalarını ve pH, sıcaklık, tuzluluk vb.
Robotik bileşenin birkaç yinelemesi olmuştur, ancak her birinin genel konsepti aynıdır: bilgi toplamak için kullanılan sensörleri barındıran merkezi bir ünite ve kablolar aracılığıyla iki elektrot. “Ekliyoruz [the device] ve denizanasına gömülü elektrotlara elektrik sinyalleri gönderin, ”diye açıkladı Yoder.“ Bu sinyal gönderildiğinde kas kasılmaları ve denizanası yüzer. ” Bu kasılmaları kontrollü bir desende tetikleyerek, araştırmacılar denizanasının nasıl ve ne zaman hareket ettiğini etkileyebilir – suda gezinmelerine ve belirli yerlerde veri toplamalarına izin verir.
Bu cyborg cihazları, deniz araştırmaları için daha ucuz (ve daha sürdürülebilir) bir seçenek sunarak okyanusu incelemek isteyen herkes için daha yaygın olarak erişilebilir hale getiriyor.
Ekip, bu projenin okyanus araştırmalarını daha erişilebilir hale getireceğini umuyor-sadece multimilyon dolarlık su depolarına sahip seçkin kurumlar için değil, aynı zamanda daha küçük laboratuvarlar ve koruma grupları için de. Cihazlar nispeten düşük maliyetli ve ölçeklenebilir olduğundan, dünya çapında daha sık, dağıtılmış veri toplama için kapıyı açabilirler.
Cihazın en son sürümü, bir basınç sensörü, bir sıcaklık sensörü ve verileri kaydetmek için bir SD kart ile birlikte yüzmeyi teşvik etmek için sinyali gönderen bir mikrodenetleyici içerir. Bunların hepsi su geçirmez 3D baskılı bir yapının içine yarım dolar büyüklüğünde. Bir mıknatıs ve harici balast, denizanasının serbestçe yüzmesine ve uygun şekilde yönlendirilmesine izin veren nötr olarak yüzdürülür.
En son yinelemenin bir sınırlaması, denizanının sadece yukarı ve aşağı hareket etmek için kontrol edilebilmesidir, çünkü cihaz sabit bir dikey oryantasyonu korumak için ağırlıklıdır ve sistemin yatay olarak yönlendirilmesi için herhangi bir mekanizma yoktur. Yoder'in mevcut projelerinden biri, cihazın dahili ağırlığını kaydıran, yön hareketini ve yüzlü rotasyonları sağlayan küçük motorlu bir kol olan bir dahili servo kolu uygulayarak bu zorluğu ele almayı amaçlamaktadır.
Çoğu deniz hayvanının aksine, denizanasının merkezi sinir sistemi ve ağrı reseptörü yoktur, bu da onları sibernetik büyütme için ideal adaylar yapar.
Ancak belki de en büyük sınırlama cihazın kendisinin bütünlüğüdür. Yoder, “Denizanası hemen hemen her okyanusta, her derinlikte, her ortamda var” dedi.
Bununla birlikte, bu doğal menzilden tam olarak yararlanmak için teknolojinin yetişmesi gerekiyor. Denizanası, derin deniz baskıları altında yüzebilirken 400 Bar – Yaklaşık olarak 15 Afrikalı filin avucunuzun içinde oturması ile aynı -3D baskılı yapılar, performanslarını tehlikeye atabilecek derinliklerde çözülür. Bu nedenle, Yoder, derin deniz kabloları ve robotik için kullanılan aynı türde basınçlı cam küreler kullanarak derin deniz versiyonu üzerinde çalışıyor.
Mevcut diğer projeler arasında denizanasının kendisinin akışkan dinamiklerinin incelenmesi yer alıyor. “Denizanası çok verimli yüzücüler,” dedi Yoder. “Bu biohybrid ataşmanlara sahip olmanın bunu nasıl etkilediğini görmek istedik.” Bu, gelecekteki Cyborg denizanasını araştırma için daha da yararlı hale getiren büyütmeler sağlayabilir.
Araştırma ekibi ayrıca, Hawaii, Kona'ya özgü Florida Keys ve Box Jellies'de bulunan baş aşağı Cassiopeia Jellies de dahil olmak üzere daha geniş bir denizanası türü ile çalışmaya başladı. Amaç, bölgesel projeler için kullanılabilecek yerli türleri bulmaktır – yerel hayvanlar kullanmak ekolojik riski en aza indirir.
Yoder, “Bu araştırma sualtı robotlarına tamamen farklı bir açıdan yaklaşıyor” dedi. “Her zaman biyomekanik ve robotik ile ilgileniyorum ve vahşi yaşamı taklit eden robotlara sahip olmaya çalıştım. Bu proje bunu bir adım daha ileri götürüyor. Neden hayvanın kendisini kullanabildiğinizde doğal mekanizmaları yakalayamayan bir robot oluşturuyorsunuz?”