加州理工学院研发出速度极快的生物杂交水母:一种半胶质半机械的生物

2024年03月02日 23:17 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

如果你想从深海中收集气候变化数据,为什么不搭上反正都在海里生活的生物的便车呢?正是这种想法促成了"生物杂交水母"的诞生。由约翰-达比里教授领导的加州理工学院(Caltech)团队正在研发这种生物杂交水母。

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约翰-达比里教授研究这种生物已经有一段时间了,他曾为我们带来了一种受水母启发的柔性泵、一种由心脏组织和硅胶组成的人造水母,以及一种能让水母的游泳速度比正常快三倍的类似起搏器的装置。

加州理工学院和斯坦福大学的科学家们正在研究如何利用水母收集与气候变化有关的数据,如海洋深处的水温、盐度和含氧量。

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研究中使用的生物杂交水母在垂直水槽中头朝下游动的多次曝光照片

由于水母全天都会在水体中上下游动,因此为它们配备可在水面上回收的数据记录传感器是很有意义的。这样做比制造一个完全的机器人水母要便宜得多,也容易得多。然而,一个问题在于水母游得太慢,无法发挥实际作用。

在这方面,"起搏器"帮了大忙。这个小装置挂在水母的底部,可以产生电脉冲,从而提高水母用来推动自己前进的脉动速度。因此,它们的游泳速度从每秒约 2 厘米提高到 6 厘米(0.8 英寸到 2.4 英寸),如果能更快就更好了。

有鉴于此,达比里和研究生西蒙-阿努什切克(Simon Anuszczyk)制作了3D打印的"前体",将其固定在水母身体的顶部。这些流线型装置可以减少水动力阻力,它还具有中性浮力(因此不会导致水母自然下沉或上浮),同时还可以作为传感器和其他电子设备的外壳。

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每只生物杂交水母的硬件总成本约为 20 美元

在一个具有垂直水流的垂直水槽中进行的测试发现,装有起搏器和前体的水母的游动速度比携带相同重量负荷的天然水母快4.5倍。

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科学家们现在正在开发抗压电子设备,他们还希望让生物杂交水母可以遥控转向--这样它们就能做更多的事情,而不仅仅是直上直下。是的,整件事听起来确实有点吓人,但达比里相信他已经解决了这个问题。

"水母是最原始的海洋探险家,它们能到达海洋最深的角落,在热带或极地水域也能生存,"他说。"由于它们没有大脑,也没有感知疼痛的能力,因此我们能够与生物伦理学家合作,以符合伦理原则的方式开发这种生物杂交机器人应用"。

有关这项研究的论文最近发表在《生物启发与生物仿生学》(Bioinspiration & Biomimetics)杂志上。您可以在以下视频中看到仿生啫喱的动作:

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