仿生水母的游泳速度可提高三倍

仿生水母的游泳速度可提高三倍

有些人需要一杯咖啡才能真正动起来。对于水母来说,一股电流显然能起到作用。科学家在活水母体内植入了微型控制器,利用电脉冲来指挥动物的运动。借助这种电辅助,这些动物的游动速度几乎是普通水母的三倍,而消耗的能量却只有普通水母的两倍。假肢不会伤害动物,研究人员希望利用这种涡轮增压水母探索世界海洋。

加州理工学院机械工程师约翰·达比里 (John Dabiri) 表示:“我们希望这项技术能够让我们首次了解大部分海洋中正在发生的事情。”他于 1 月 29 日在《科学进展》杂志上发表了这一研究成果。

不起眼的水母可能没有大脑,但它确实具有令人印象深刻的特点,即它是所有游泳动物中最节能的。“这在一定程度上要归功于它们的进化传统,它们是大约 5 亿年前第一批学会游泳的动物,”达比里说。水母通过收缩和放松它们的钟形体来移动;这些脉动运动会产生甜甜圈状的水涡,称为涡环,推动动物向前,而它们不需要付出太多努力。

在为水母配备外骨骼式装备之前,研究人员首先制造了柔软、灵活的机器人,以模仿海洋动物的游泳动作。然而,这些机器人比真正的动物需要更多的能量,而且通常由电源线束缚。达比里还与哈佛大学的研究人员合作,用老鼠心肌细胞制造出耗电量较低的水母。他们可以通过收缩肌肉细胞来控制人造水母,但这种精密的机器人无法在实验室外运作。

达比里和他的同事、斯坦福大学的妮可·徐决定利用真实水母的力量。这些动物可以自己觅食,因此只需要一点额外的能量来控制假肢。它们还占领了海洋的每一部分——从北极到热带水域,从海面到马里亚纳海沟深处。

“它们已经在我们想要探索的领域开展业务,”达比里说。“那么问题就在于我们如何赋予它们大脑,以便我们能够告诉它们何时何地行动?”

他们将微电控制器植入活海月水母体内,这种物种在世界各地的野生和水族馆中都很常见。研究小组预计,装有假肢的水母会比普通水母游得更快。“更令人惊讶的是,它们在高速下游得更有效率,”达比里说。相对于它们的大小,这种杂交水母所需的功率比其他水上机器人少 10 到 1,000 倍。

达比里说,野生的海月水母可能不需要利用这些潜在的推进力。普通水母实际上并不会试图从一个点游到另一个点;其高效的游泳动作主要用于捕捉猎物。如果水母能用这些悠闲的动作从周围的水中将食物吸引到它们等待的触手中,就没有必要匆忙了。

快车道上的生活似乎也没有对水母造成伤害。这些动物没有中枢神经系统或痛觉受体。水母在紧张的情况下确实会分泌粘液,但达比里和徐在实验期间没有观察到海月水母有这种黏糊糊的行为。当他们移除植入物时,水母又恢复了正常游动。

最终,达比里计划在水母身上安装传感器,这样科学家就可以将它们送入海洋深处。目前探索这个黑暗、寒冷领域的遥控潜水器通常只够维持 12 到 24 小时的航行。“深海中有很多生命我们根本无法观察到,”达比里说。

增强型水母还可以收集有关海洋气候的宝贵信息。达比里设想,这些动物将在世界各地的海洋中漫游,并配备传感器来测量水温、盐度、酸度或氧气水平等关键变量。水母甚至可以收集有关栖息在海洋不同部分的微生物的数据。

在水母执行这些任务之前,研究人员需要弄清楚如何引导它们朝不同的方向游动。他们目前正在试验向水母身体的不同部位发送电脉冲,让它们转向。达比里说,通过让水母一侧的肌肉一次收缩,他们可以促使水母改变方向,甚至掉头。

<<:  波音公司的大型折叠翼 777x 刚刚首次飞行

>>:  谷歌希望人工智能每月挑选你最好的照片并邮寄给你

推荐阅读

仅供参考:胖人比瘦人更保暖吗?

在西澳大利亚州每年举办的罗特尼斯海峡游泳赛上,参赛者通常会在身上涂抹动物脂肪,以抵御 70 度的高温...

PopSci 夏季刊现已面向所有人发售

一年前,当我们选择“玩”作为夏季刊的主题时,我们不知道很多事情。我们不知道疫情会让美国和世界大部分地...

使用 A 级翻新联想 ThinkCentre M92 SFF 提升您的技术水平,现价 139.99 美元

联想 ThinkCentre M92 SFF 是一款功能强大且用途广泛的台式电脑,配备英特尔 i5-...

为什么你的电脑屏幕会伤害你的眼睛(以及如何缓解)

如果您的显示器伤害了您的眼睛(有时称为计算机视觉综合症),那么罪魁祸首可能不只有一个。相反,有很多问...

在我们无法透露姓名的大型足球比赛之前,三星刚刚降低了其最受欢迎的电视价格

这是一年中购买新电视的最佳时机。去年推出的所有超棒型号都在打折,因此零售商可以开始备货在每年 1 月...

史上最伟大的太空黑客

美国宇航局成立 56 年来,已将人类送上月球,将机器人送上火星。但其最伟大的成就之一却鲜为人知:19...

野生鹿大量相互传播新冠病毒

8 月,美国农业部对美国动物进行了调查,希望找出可能成为 SARS-CoV-2 宿主的物种。联邦部门...

为什么你在汽车经销店很少看到电动汽车

新闻报道显示,电动汽车似乎无处不在——从新技术发展到政策变化,再到设计越来越有趣。尽管电动汽车之路可...

Kaiji Ultimate Survival - 终极生存与心理战

Gyakkyo Burai Kaiji 终极幸存者■ 公共媒体电视动画系列■ 原创媒体漫画■ 播出时...

使用这款桌垫和电缆整理器提升您的工作空间,阵亡将士纪念日现价 39.97 美元

办公桌总是杂乱无章,尤其是当你需要把所有线缆放在手边时。减少工作空间中的杂物是减少杂乱的一种方式,但...

新型材料可储存热量直至你挤压它

即使夜幕降临,混凝土或沥青板摸起来仍会感觉很热。经过一整天的日晒,表面储存了热量,正在慢慢释放。这是...

台风“南玛都”袭击日本,降雨量创历史新高

飓风菲奥娜导致波多黎各大部分地区陷入黑暗,台风梅柏克引发的洪水淹没了阿拉斯加西部的建筑物,而日本也遭...

Facebook Messenger Rooms 希望成为新的 Zoom

自 2018 年 Facebook 在 Instagram 上添加视频聊天功能以来,Facebook...

军方希望实现一小时全球送货。SpaceX 认为它能实现这个目标。

1959 年 6 月 8 日,美国海军从巴贝罗号潜艇发射了一枚火箭,火箭上载有 3,000 封信件...

尼斯湖 50 多年来最大规模搜索将部署无人机和水听器

尼斯湖 50 多年来最大规模的密码学调查定于本周末进行,调查将采用前所未有的技术来搜寻神秘莫测、尚未...