El robot blando resiste presiones aplastantes en las mayores profundidades del océano

Inspirándose en un extraño pez que puede resistir las duras presiones de las profundidades oceánicas más profundas, los científicos han ideado un robot autónomo suave que puede mantener aleteando sus aletas, incluso en la parte más profunda de la Fosa de las Marianas.

El equipo, dirigido por el robotista Guorui Li de la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, China, probó con éxito la capacidad del robot para nadar a profundidades que van desde los 70 metros hasta casi 11.000 metros, informa el 4 de marzo en Naturaleza.

Challenger Deep es la parte más baja de la Fosa de las Marianas, la más profunda. Toca el fondo a unos 10.900 metros bajo el nivel del mar (SN: 12/11/12). La presión de toda esa agua suprayacente es aproximadamente mil veces la presión atmosférica al nivel del mar, lo que se traduce en aproximadamente 103 millones de pascales (o 15.000 libras por pulgada cuadrada). «Es aproximadamente el equivalente a un elefante parado por encima de su pulgar», dice la fisióloga y ecóloga de aguas profundas Mackenzie Gerringer de la Universidad Estatal de Nueva York en Geneseo, que no participó en el nuevo estudio.

Las enormes presiones en estas profundidades de hadal, la zona oceánica más profunda, entre 6.000 y 11.000 metros, representan un duro desafío de ingeniería, dice Gerringer. Los robots marinos tradicionales o los sumergibles tripulados están fuertemente reforzados con estructuras metálicas rígidas para que no se arruguen, pero estos barcos son voluminosos y voluminosos y el riesgo de falla estructural sigue siendo alto.

Para diseñar robots que puedan maniobrar con gracia en aguas menos profundas, los científicos anteriormente buscaron inspiración para criaturas oceánicas de cuerpo blando, como el pulpo (SN: 17/9/14). Aparentemente, también hay una musa tan profunda: Pseudoliparis swirei, o el pez caracol Mariana hadal, un pez translúcido en su mayoría esponjoso que vive hasta 8.000 metros de profundidad en la Fosa de las Marianas.

El robot blando resiste presiones aplastantes en las mayores profundidades del océano, Forma parte de la Vida
En 2018, los investigadores describieron tres especies de peces caracoles de aguas profundas recientemente descubiertas (se muestra una) que se encuentran en la fosa de Atacama en el Océano Pacífico, que viven a profundidades de hasta aproximadamente 7.500 metros. También se encuentran en la Fosa de las Marianas, estos peces están bien adaptados para vivir en ambientes de alta presión y aguas profundas, con cráneos solo parcialmente endurecidos y cuerpos suaves, aerodinámicos y energéticamente eficientes.Universidad de Newcastle

Gerringer, uno de los investigadores que describió por primera vez al pez caracol de aguas profundas en 2014, construyó una versión robótica impresa en 3D del mismo varios años después para comprender mejor cómo nada. Su robot contenía una versión sintetizada de la sustancia acuosa dentro del cuerpo del pez que probablemente agrega flotabilidad y lo ayuda a nadar de manera más eficiente (SN: 1/3/18).

Pero idear un robot que pueda nadar bajo una presión extrema para investigar el entorno de las profundidades marinas es otro asunto. Los robots de exploración autónomos requieren componentes electrónicos no solo para impulsar su movimiento, sino también para realizar diversas tareas, ya sea probar la química del agua, iluminar y filmar a los habitantes de las fosas oceánicas profundas o recolectar muestras para llevarlas de regreso a la superficie. Bajo la presión del agua, estos componentes electrónicos pueden rozarse entre sí.

Entonces, Li y sus colegas decidieron tomar prestada una de las adaptaciones del pez caracol a la vida de alta presión: su cráneo no está completamente fusionado con el hueso endurecido. Ese toque extra de maleabilidad permite que la presión sobre el cráneo se iguale. Del mismo modo, los científicos decidieron desplegar la electrónica – los «cerebros» – de sus peces robóticos más lejos de lo que normalmente lo harían, y luego envolverlos en silicona suave para evitar que se toquen.

El robot blando resiste presiones aplastantes en las mayores profundidades del océano, Forma parte de la Vida
El diseño del nuevo robot blando (izquierda) se inspiró en el pez caracol de aguas profundas (que se muestra a la derecha), que está adaptado para vivir en los entornos de ultra alta presión de las partes más profundas del océano. El cráneo del pez caracol está osificado o endurecido de forma incompleta, lo que permite que las presiones externas e internas se igualen. Separar la electrónica sensible del robot y envolverla en silicona evita que las partes se aplasten. Las aletas aleteadoras del robot están inspiradas en las delgadas aletas pectorales de los peces (aunque los peces reales no usan las aletas para nadar).Hacia et al/ Naturaleza 2021

El equipo también diseñó un cuerpo blando que recuerda ligeramente al pez caracol, con dos aletas que el robot puede usar para impulsarse a través del agua. (Gerringer observa que el pez caracol real no agita sus aletas, sino que sacude su cuerpo como un renacuajo). Para agitar sus aletas, el robot está equipado con baterías que alimentan los músculos artificiales: electrodos insertados entre dos membranas que se deforman en respuesta a la carga eléctrica.

El equipo probó el robot en diferentes entornos: 70 metros de profundidad en un lago; unos 3.200 metros de profundidad en el Mar de China Meridional; y finalmente, justo en el fondo del océano. Al robot se le permitió nadar libremente en las dos primeras pruebas. Para la prueba Challenger Deep, sin embargo, los investigadores mantuvieron un agarre firme, utilizando el brazo extensible de un módulo de aterrizaje de aguas profundas para sostener al robot mientras agitaba sus aletas.

Esta máquina «empuja los límites de lo que se puede lograr» con robots blandos de inspiración biológica, escriben los robots con cámara Cecilia Laschi de la Universidad Nacional de Singapur y Marcello Calisti de la Universidad de Lincoln en Inglaterra. La pareja tiene un comentario sobre la investigación en el mismo número de Naturaleza. Dicho esto, la máquina aún está muy lejos de la distribución, señalan. Nada más lento que otros robots submarinos y todavía carece de la potencia para soportar poderosas corrientes submarinas. Pero «sienta las bases» para que los futuros robots de este tipo ayuden a responder preguntas persistentes sobre estos misteriosos tramos del océano, escriben.

Los investigadores ejecutaron con éxito un robot blando autónomo a través de varias pruebas de campo a diferentes profundidades del océano. A 3.224 metros de profundidad en el Mar de China Meridional, las pruebas han demostrado que el robot puede nadar de forma autónoma (prueba de natación gratuita). El equipo también probó la capacidad del robot para moverse bajo las presiones más extremas del océano. El brazo extensible de un módulo de aterrizaje de aguas profundas sostuvo al robot mientras batía sus alas a una profundidad de 10.900 metros en el Challenger Deep, la parte más baja de la Fosa de las Marianas (prueba de presión extrema). Estas pruebas sugieren que estos robots pueden, en el futuro, ayudar en la exploración autónoma de las partes más profundas del océano, dicen los investigadores.

Se sabe que las trincheras de las profundidades marinas están repletas de vida microbiana y se alimentan felizmente de la mina de material orgánico, desde algas hasta cadáveres de animales, que llega al fondo del mar. Esa actividad microbiana sugiere que las trincheras podrían desempeñar un papel importante en el ciclo del carbono de la Tierra, que a su vez está vinculado a la regulación climática del planeta.

El descubrimiento de microplásticos en Challenger Deep también es una prueba incontrovertible de que incluso el fondo del océano no está tan lejos, dice Gerringer (SN: 20/11/20). “Estamos afectando estos sistemas de aguas profundas incluso antes de que sepamos qué hay ahí abajo. Tenemos la responsabilidad de ayudar a conectar estos sistemas aparentemente de otro mundo, que son realmente parte de nuestro planeta «.

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