Badanie głębin oceanów możliwe dzięki cybernetycznym meduzom
Naukowcy budują meduzy cyborgi aby te przeprowadziły badanie głębin oceanów. Projekt ma pomóc w kontroli kwaśności wód w oceanach i przybliży ludzkości naturę stworzeń żyjących w wiecznym mroku oceanów – podaje portal Ars Technika.
Badanie głębin oceanów z pomocą meduz
.Zmiana klimatu powoduje ocieplenie wód oceanicznych, czyniąc środowisko bardziej kwaśnym dzięki absorpcji dwutlenku węgla z atmosfery. Zagraża to różnym gatunkom morskim, a monitorowanie tych zmian jest niezwykle ważne. Jednak dotarcie do najgłębszych wód bez pomocy bardzo drogiego sprzętu może być trudne. Meduza księżycowa może jednak dopłynąć do tych głębin, co czyni ją potencjalnym sojusznikiem w dążeniu do badania głębin oceanu.
Dlatego naukowcy z Uniwersytetu Kolorado w Boulder (CU Boulder) zbudowali meduzę „cyborg” wyposażoną w maleńkie urządzenia mikroelektroniczne w celu gromadzenia krytycznych danych na temat temperatury, kwasowości i innych istotnych właściwości wody w oceanach. Aby jeszcze bardziej ulepszyć swoje hybrydowe dzieła, zespół bada biomechanikę pływania meduz. Ich badania obejmują także analizę wzorców przepływu wody generowanej przez żelki pływackie przy użyciu zawieszonych cząstek ulegających biodegradacji skrobiowej, opisanych w najnowszym dokumencie grupy papier opublikowano w czasopiśmie Physical Review Fluids.
Meduza księżycowa – co to takiego?
.Nicole Wu, inżynier w CU Boulder, zbudowała swoją pierwszą meduzę cyborgową w 2020 roku, tj testowanie ich w płytkich wodach oceanu u wybrzeży Woods Hole w Massachusetts. Opisuje system jako podobny do rozrusznika serca, elektrycznie stymulujący mięśnie pływające galaretek do wywoływania skurczów, kierując je w preferowany kierunek. Chociaż galaretki księżycowe nie mają mózgów ani rdzenia kręgowego, mają podstawowe, nakładające się sieci nerwowe, które dobrze nadają się do celów Wu.
„W sposobie pływania galaretek księżycowych jest naprawdę coś wyjątkowego” powiedział Wu, opisując je jako jedno z najbardziej energooszczędnych zwierząt na planecie. „Chcemy to odblokować, aby stworzyć bardziej energooszczędne pojazdy podwodne nowej generacji”.
Badanie głębin oceanów – jak sterować meduzą cyborgiem?
.Według Wu i in. zrozumienie śladów i wirów wytwarzanych przez meduzy podczas pływania ma kluczowe znaczenie. Welocymetria obrazu cząstek (PIV) jest istotnym narzędziem do badania zjawisk przepływu i napędu biomechanicznego. PIV zasadniczo śledzi maleńkie cząstki znacznika zawieszone w wodzie, oświetlając je światłem lasera. Technika ta zwykle opiera się na pustych kulach szklanych, kulkach polistyrenowych, płatkach aluminiowych lub syntetycznych granulkach ze specjalnymi powłokami optycznymi w celu zwiększenia odbicia światła.
Cząstki te są łatwo dostępne i mają odpowiedni rozmiar i gęstość do pomiarów przepływu, ale są bardzo drogie, w niektórych przypadkach kosztują nawet 200 dolarów za funt. I wiążą się z nimi zagrożenia dla zdrowia i środowiska: szklane mikrosfery mogą powodować podrażnienie skóry lub oczu, na przykład, podczas gdy nie jest dobrym pomysłem wdychanie perełek polistyrenu lub płatków aluminium. Nie są również strawne przez zwierzęta i mogą powodować uszkodzenia wewnętrzne. Zaproponowano kilka opcji biodegradowalnych, takich jak komórki drożdży, mleko, mikroalgi i skrobia ziemniaczana, które są łatwo dostępne i tanie, kosztują zaledwie 2 dolary za funt.
Nicole Wu uznała, że cząstki skrobi są najbardziej obiecujące jako znaczniki biodegradowalne i zdecydował się zbadać kilka różnych rodzajów skrobi, aby zidentyfikować najlepszego kandydata: w szczególności skrobię kukurydzianą, skrobię maranta, proszek do pieczenia, koraliki jojoba i proszek z łupin orzecha włoskiego. Każdy rodzaj cząstek zawieszano w zbiornikach na wodę z meduzami księżycowymi, śledząc ich ruch za pomocą systemu PIV. Ocenili ich działanie na podstawie wielkości, gęstości i właściwości rozpraszania laserowego cząstek.
.Spośród różnych kandydatów skrobia kukurydziana i maranta okazały się najlepiej nadawać się do zastosowań PIV dzięki swojej gęstości i równomiernemu rozkładowi wielkości, podczas gdy skrobia maranta wypadła najlepiej, jeśli chodzi o testy rozpraszania laserowego. Jednak skrobia kukurydziana dobrze nadawałaby się do zastosowań wymagających większych cząstek znacznika, ponieważ w eksperymentach wytwarzała większe kropki rozpraszające laser. Obaj kandydaci dopasowali wydajność powszechnie stosowanych syntetycznych cząstek znacznika PIV pod względem dokładnej wizualizacji struktur przepływu powstałych w wyniku pływania meduzy.
Oprac. Tomasz Diłanian
