Ученые в Марианской впадине испытали робота, созданного по подобию глубоководной рыбы

Вдохновленные странной рыбой, способной противостоять суровому давлению в самых глубоких уголках океана, ученые изобрели мягкого автономного робота, способного держать свои механические плавники в движении — даже в самой глубокой части Марианской впадины.

Команда, возглавляемая робототехником Гуоруи Ли из Чжэцзянского университета в Ханчжоу, успешно провела полевые испытания робота на глубине от 70 до почти 11 000 метров. Они опустили механизм в Бездну Челленджера — самую глубокую точку земной поверхности, которая является частью Марианской впадины.

Давление всей вышележащей воды здесь примерно в тысячу раз превышает атмосферное давление на уровне моря и составляет около 103 миллионов паскалей.

«Это что-то вроде слона, стоящего у вас на большом пальце», — Маккензи Герринджер, глубоководный физиолог и эколог из Государственного университета Нью-Йорка.

По словам Герринджер, колоссальное давление на этих глубинах представляет собой серьезную инженерную проблему. Традиционные глубоководные роботы или пилотируемые подводные аппараты, которые появляются здесь усилены жесткими металлическими каркасами и обычно являются громоздкими, а риск разрушения конструкции остается высоким.

Чтобы спроектировать роботов, которые могут изящно маневрировать на мелководье, ученые ранее обращались за вдохновением к мягкотелым океанским существам, таким как осьминоги. Однако теперь у инженеров появилась и глубоководная муза — морской слизень Pseudoliparis swirei. Это полупрозрачная рыба, обитающая в Марианской впадине на глубине около 8000 метров.

Такие рыбы хорошо приспособлены к жизни в глубоководных средах с высоким давлением, с лишь частично затвердевшими черепами и мягкими, обтекаемыми, энергоэффективными телами.

Герринджер, которая была одним из исследователей, впервые описавших Pseudoliparis swirei в 2014 году, несколько лет спустя сконструировала ее трехмерную печатную версию, чтобы лучше понять, как она плавает. Ее робот содержал синтезированную версию водянистой слизи внутри тела, которая, скорее всего, добавляет плавучести и помогает ей плавать более эффективно.

Но создание робота, который может плавать под экстремальным давлением, для исследования глубоководной среды — это другая задача. Автономным исследовательским роботам требуется электроника не только для движения, но и для выполнения различных задач, будь то тестирование химического состава воды, освещение и съемка обитателей глубоких океанских траншей или сбор образцов для возвращения на поверхность. Под давлением воды эти электронные устройства могут тереться друг о друга.

Для решения этой проблемы Ли и его коллеги позаимствовали у Pseudoliparis swirei ее главную особенность — череп, который не полностью сросся с затвердевшей костью. Эта дополнительная податливость позволяет выравнивать давление на череп. В том же духе ученые решили распределить электронику. Они расположили электронные элементы на некотором расстоянии друг от друга и заключили их в мягкий силикон.

Команда также разработала мягкое тело, немного напоминающее Pseudoliparis swirei, с двумя плавниками, которые робот может использовать, чтобы перемещаться по воде. Робот оснащен батареями, питающими искусственные мышцы: электроды, зажатые между двумя мембранами, которые деформируются в ответ на электрический заряд.

Команда протестировала робота в нескольких условиях: на глубине 70 метров в озере; на глубине 3200 метров в Южно-Китайском море; и, наконец, на самом дне океана.

Ученые, рецензировавшие работу Ли и его коллег, отмечают, что данный робот довольно медлителен и не способен противостоять мощным подводным течениям. Однако его конструкция закладывает основы для будущих более совершенных механизмов, которые помогут ответить на многие вопросы о таинственных уголках на самом дне океана.