3D列印柔軟機械手幫助科學家研究深海生物

廣袤而深邃的海底，黑暗、寒冷、高壓、無氧，對人類來說簡直就是地獄一般，但是深海中卻有各種各樣的生物。研究這些海洋生物需要安裝在遠程操作機器人（ROV）上的專門設備，這些設備需要經受海底的極端環境要求，雖然這些裝置主要是為海上能源工業或軍事應用而設計的，並且不適合與軟質和高度易損的生物體發生關係，比如柔軟的海參。

1282米深海海參的精細抓捕：沃格特等，2018，由施密特海洋研究所提供

現在，一組工程師、海洋生物學家和機器人學家開發了一種柔軟、靈活、可定製的替代採樣裝置，使科學家能夠輕而易舉地從海洋中捕獲不同類型的生物體而不傷害它們。此外，即便在偏僻的地方，也能夠實時製造和修改3D列印的軟機械手。

該團隊設計的「軟夾持器」裝置有兩到五個「手指」，它們是由聚氨酯和其他粘性材料製成，通過打開和關閉低壓液壓泵系統，驅動海水泵系統來驅動它們的運動。夾持器附在一個木球上，木球是由船上的操作員用ROV現有的、硬爪狀的工具來操縱。

3D列印版本的夾持器，來自哈佛大學威斯研究所

「我們在深海中遇到的許多動物都是新物種，這些柔軟的機器人允許我們微妙地相互作用，研究更多樣的動物群。」來自紐約城市大學的一份新論文的合著者David Gruber說。

2017年10月5日至11月2日，該小組對鳳凰群島保護區進行深海探險期間，研究小組使用他們的軟抓取器通過遠程操作的機器人（ROV）將物種降到2224m。機組人員在他們的船上使用了兩台3D印表機來製造新的零件。

格魯伯說：「通過在海上進行3D列印，我們可以在航行中進行創新，併產生柔軟的機器人來與以前未檢查過的柔軟的動物進行交互，因為它們太脆弱了。」

「在船上呆一個月意味著我們能夠做任何我們需要的東西，結果證明3D印表機在船上做得很好。WHSS研究所的研究工程師Daniel Vogt說：「我們讓他們運行7*24小時，從ROV運營商那裡獲得關於使用軟夾持器的反饋，並在一夜之間製造出新的版本來解決任何問題。」

一個只有兩個手指的夾持器的改進版本既能保持大物體的「握力」，又能握住小物體，就像人類的手一樣。

軟夾持器能夠比傳統的水下取樣工具更有效地收集海蛞蝓、珊瑚、海綿和其他海洋生物。基於ROV操作員的輸入，團隊3D列印的「指甲」可以添加到夾持器的手指上，以幫助它們在堅硬的表面上放置樣本。這種修改能夠幫助研究小組成功地抓住那些脆弱的動物，例如海參，在過去很難用剛性機械臂和抽吸採樣器無損收集類似的動物。此外，在每個手指上還添加了柔性網格，以幫助保持手指握持內的動物樣本。

圖中顯示研究小組利用FDM技術3D印表機進行零件的製作

該小組正在進一步開發抓取器，希望添加感測器，當手爪與生物體接觸時，可以向ROV操作者指示，「感覺」它是多麼硬或柔軟，並採取其它測量。最終，它的目標是捕獲深海中的海洋生物並獲得完整的物理和遺傳數據，而不將它們從原生棲息地帶走。

海底生物的探測加持裝置，還在進一步改進中

「遠距離科學探索是一項昂貴和漫長的計劃，軟機器人操作器的即時列印提供了一個實時的解決方案，從而更好地與深海環境以及那些柔軟、脆弱的生物進行微妙的互動，」沃格特說。這也提供了一種盡量不破壞這些緩慢生長的深海海洋生物，因為其中一些海洋生物可以長達18000年。

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