软体机器人进行海洋探测 重塑海洋生物学家对未来的希望

海洋生物学家已经采用“柔软机器扁手指”作为工具来进行海底研究。2月24日发表在《当代生物学》杂志上的一项研究中，科学家发现，用超级柔软的机器人手指握住的水母与传统潜水钳夹住的水母相比，表达的压力相关基因明显少得多。这种新型机器人的外形就像面条，扁扁的，能够以一种更温和、更少侵入性的方式收集生态数据。

论文第一作者、美国自然历史博物馆博士后Michael Tessler说:“利用基因组学，我们确认，新开发的软机器人是处理一些最灵活的生物——水母——一种更友好的方式。”“有了新技术，我们通常可以在技术上取得巨大进步，比如深海动物处理技术。”
 

与狗或猫不同，水母不能发出嘶嘶声或抱怨它们的不适。相反，通过分析它们所表达的基因可以洞察它们对环境的反应。通过基因测序，研究人员测量了水母在自由游动、由柔软的机器人手指控制或被更标准的刚性爪子控制时基因表达的差异。

纽约城市大学巴鲁克学院和城市大学研究生中心生物学教授，生物学博士大卫·格鲁伯说，“想象一下，你非常开心地坐在你的办公桌前，我测量一下哪些基因是活跃的，然后用一只爪子戳了戳你。然后我会观察你的基因反应与你坐着不受干扰时的反应有多大不同；这种差异的强度可以作为你的压力水平的一个指标。”

被温柔对待的水母表现出最像未受干扰的个体的基因表达模式，显示出它们对捕捉的相对平静的反应。更重要的是，被爪子抓住的水母表达了“修复”基因，这表明它们为身体伤害做好了准备。格鲁伯说:“我认为有趣的是，当你开始用标准钳子骚扰它们时，它们会立即进入自我修复/压力状态，因为它们是如此脆弱的生物，压力对它们来说很常见。”这些自我修复基因的表达水平比自由游动或轻轻拿着的水母要高。

但是这项研究的影响远远超出了水母。“我们只是用它们作为我们的样本生物体。”格鲁伯说，“现在我们已经证明，这种方法可以减少像水母这样脆弱生物的压力，这确实证明了我们的假设，即深海中的软机器人可以成为各种微妙互动的有效工具。”

研究报告的合着者尼娜·西纳特拉(Nina Sinatra)也表达了同样的观点。她在哈佛大学威斯生物工程研究所攻读研究生时参与了这项研究，设计了温柔的机器人手指。西纳特拉说:“选择灵活、坚韧和轻便的材料，使得软体机器人能够在深海环境中稳健地运转，同时又足够脆弱，可以安全地与一些最脆弱的海洋生物互动。”“通过扩展我们的材料工具箱，工程师们可以为传统机器人无法应对的挑战找到令人兴奋和聪明的解决方案。”

此外，这些软机器人工具可以被带到地面上，直接造福于人类。“它们可以从树上收获果实且不会弄伤果实,恢复中风患者的肌肉,和许多其他刚体机器人做起来太笨重的事情。”合着者Rob Wood说,他是Wyss核心教员和哈佛大学约翰·A保尔森工程和应用科学学院(海洋)工程与应用科学学院教授。

从历史上看，海洋勘探一直是一项艰苦的工作；收集数据需要从海底搜寻材料或捕捉标本，然后拿回海面上研究。随着软机器人的加入，提取DNA样本甚至对深海生物进行实时医学检查都成为可能，而且几乎不会产生任何物理影响。

“通过将软机器人整合到我们进行深海研究的方式中，我们正在重塑海洋生物学家对未来的希望。”格鲁伯说，“我们的哲学是，在研究和接近这些新领域时，我们应该尽可能地温和和谨慎。”