Meduze ne mogu mnogo da rade osim da plivaju, bodu, jedu i razmnožavaju se. Nemaju čak ni mozga. Ipak, ova jednostavna stvorenja mogu lako da putuju u dubine okeana na način na koji ljudi, uprkos svoj našoj sofisticiranosti, ne mogu.
Ali šta ako bi ljudi mogli da nateraju meduze da istražuju okeane u naše ime, izveštavajući o onome što pronađu? Novo istraživanje sprovedeno u Caltech-u ima za cilj da to učini stvarnošću kroz stvaranje onoga što istraživači nazivaju biohibridnim robotskim meduzama. Ova stvorenja, koja se mogu smatrati kiborzima koji plove okeanima, dopunjuju meduze elektronikom koja poboljšava njihovo plivanje i protetskim „šeširom“ koji može da nosi mali teret, a istovremeno omogućava da meduze plivaju na jednostavniji način.
Rad, objavljen u časopisu Bioinspiracija i biomimetika, sproveden je u laboratoriji Džona Dabirija, stogodišnjice profesora aeronautike i mašinstva, i nadovezuje se na njegov prethodni rad na povećanju meduza. Dabirijev cilj sa ovim istraživanjem je da koristi meduze kao robotske sakupljače podataka, šaljući ih u okeane kako bi prikupili informacije o temperaturi, salinitetu i nivoima kiseonika, na koje sve utiče klimatska promena na Zemlji.
„Dobro je poznato da je okean ključan za određivanje naše sadašnje i buduće klime na kopnu, a ipak, još uvek znamo iznenađujuće malo o okeanu, posebno daleko od površine“, kaže Dabiri. „Naš cilj je da konačno pomerimo tu iglu nekonvencionalnim pristupom inspirisanim jednom od retkih životinja koja već uspešno istražuje ceo okean.
Tokom svoje karijere, Dabiri je tražio inspiraciju u svetu prirode, uključujući meduze, u rešavanju inženjerskih izazova. Ovaj rad je započeo ranim pokušajima Dabirijeve laboratorije da razvije mehaničkog robota koji je plivao poput meduza, koji ima najefikasniji metod za putovanje kroz vodu od svih živih bića.
Iako je njegov istraživački tim uspeo da stvori takvog robota, taj robot nikada nije bio u stanju da pliva tako efikasno kao prava meduza. U tom trenutku, Dabiri se zapitao, zašto ne bi i sami radio sa meduzama?
„Muze su originalni istraživači okeana, dostižu njegove najdublje uglove i podjednako dobro uspevaju u tropskim ili polarnim vodama“, kaže Dabiri. „Pošto oni nemaju mozak ili sposobnost da osete bol, bili smo u mogućnosti da sarađujemo sa bioetičarima kako bismo razvili ovu biohibridnu robotsku aplikaciju na način koji je etički principijelan.
Ranije je Dabirijeva laboratorija ugradila meduze sa vrstom elektronskog pejsmejkera koji kontroliše brzinu kojom plivaju. Pritom su otkrili da ako nateraju meduze da plivaju brže od opuštenog tempa koji inače drže, životinje postaju još efikasnije. Meduza koja pliva tri puta brže nego što bi inače koristila samo dva puta više energije.
Ovog puta, istraživački tim je otišao korak dalje, dodajući želeima ono što nazivaju forebodi. Ove slutnje su poput šešira koji sede na zvonu meduze (deo životinje u obliku pečurke). Uređaje je dizajnirao diplomirani student i glavni autor Simon Anuszczik, koji je imao za cilj da učini meduzu modernijom, a istovremeno obezbedi mesto gde se senzori i druga elektronika mogu nositi.
„Slično kao šiljasti kraj strele, dizajnirali smo 3D štampana prednja tela da pojednostavimo zvono robota meduze, smanjimo otpor i povećamo performanse plivanja“, kaže Anuščik. „Istovremeno smo eksperimentisali sa 3D štampanjem dok nismo bili u stanju da pažljivo izbalansiramo uzgonu i držimo meduzu da pliva vertikalno.
Da bi testirala plivačke sposobnosti proširenih želea, Dabirijeva laboratorija je preduzela izgradnju masivnog vertikalnog akvarijuma unutar Gugenhajm laboratorije Caltech-a. Dabiri objašnjava da je trospratni rezervoar visok, a ne širok, jer istraživači žele da prikupe podatke o okeanskim uslovima daleko ispod površine.
„U okeanu, kružno putovanje od površine do nekoliko hiljada metara će trajati nekoliko dana za meduze, pa smo želeli da razvijemo objekat za proučavanje tog procesa u laboratoriji“, kaže Dabiri. „Naš vertikalni rezervoar omogućava životinjama da plivaju protiv vertikalne struje, poput trake za trčanje za plivače. Očekujemo da će jedinstvena razmera objekta — verovatno prva vertikalna traka za trčanje na vodi te vrste — biti korisna za niz drugih osnovnih i primenjenih istraživačka pitanja.“
Testovi plivanja sprovedeni u rezervoaru pokazuju da meduza opremljena kombinacijom pejsmejkera za plivanje i prednjeg tela može plivati do 4,5 puta brže od potpuno prirodnog želea dok nosi teret. Ukupna cena je oko 20 dolara po meduzi, kaže Dabiri, što čini biohibridne želee atraktivnom alternativom za iznajmljivanje istraživačkog broda koji može koštati više od 50.000 dolara dnevno.
„Koristeći prirodni kapacitet meduza da izdrže ekstremne pritiske u dubokom okeanu i njihovu sposobnost da se napajaju hranjenjem, naš inženjerski izazov je mnogo lakši za upravljanje“, dodaje Dabiri. „Još uvek moramo da dizajniramo paket senzora da izdrži iste pritiske na gnječenje, ali taj uređaj je manji od softballa, što ga čini mnogo lakšim za projektovanje od potpunog podmorničkog vozila koje radi na tim dubinama.
„Zaista sam uzbuđen što vidim šta možemo da naučimo jednostavnim posmatranjem ovih delova okeana po prvi put“, dodaje on.
Dabiri kaže da bi se budući rad mogao fokusirati na dalje poboljšanje sposobnosti bioničkih želea. Trenutno se mogu učiniti da plivaju brže u pravoj liniji, kao što su vertikalne staze dizajnirane za merenje dubokog okeana. Ali dalja istraživanja mogu ih učiniti i upravljivim, tako da se mogu usmeravati horizontalno i vertikalno.
