عروس‌های دریایی سایبورگ: کاوشگران جدید اعماق اقیانوس برای مقابله با تغییرات اقلیمی

چالش پایش اعماق اقیانوس و راه‌حل سایبورگ

تغییرات اقلیمی منجر به گرم شدن و افزایش اسیدیته آب اقیانوس‌ها شده است که تهدیدی جدی برای گونه‌های دریایی محسوب می‌شود. پایش این تغییرات از اهمیت بالایی برخوردار است، اما دسترسی به اعماق دریا با تجهیزات سنتی، پرهزینه و دشوار است. عروس‌های دریایی به دلیل توانایی طبیعی خود در شنا به اعماق، کاندیدای ایده‌آلی برای این مأموریت هستند.

محققان دانشگاه کلرادو در بولدر، عروس‌های دریایی را با دستگاه‌های میکروالکترونیکی تجهیز کرده‌اند تا داده‌های حیاتی درباره دما، اسیدیته و ویژگی‌های دیگر را جمع‌آوری کنند.

زیست‌مکانیک شنا و ذرات نشاسته‌ای

تیم تحقیقاتی برای بهینه‌سازی عملکرد این موجودات هیبریدی، به مطالعه زیست‌مکانیک شنای عروس‌های دریایی پرداخته است. آن‌ها جریان‌های آبی ایجاد شده توسط حرکت این موجودات را با استفاده از ذرات نشاسته‌ای قابل تجزیه بررسی می‌کنند. این ذرات به محققان کمک می‌کنند تا جریان آب و تأثیر آن بر حرکت عروس‌های دریایی را با دقت بیشتری تحلیل کنند.

• مطالعه جریان آب: بررسی دقیق نحوه حرکت عروس‌های دریایی در آب.
• استفاده از ذرات نشاسته‌ای: جایگزینی ایمن و ارزان برای ذرات سنتزی گران‌قیمت.
• تحلیل دقیق: کمک به درک بهتر اثرات جریان آب بر حرکت عروس‌های دریایی.

تاریخچه موجودات بیوهیبریدی

ساخت موجودات بیوهیبریدی سابقه‌ای طولانی در علم دارد:

• دهه ۱۹۹۰: دانشمندان حشرات را با الکترودهای کوچک تجهیز کرده و حرکت آن‌ها را با تحریک الکتریکی کنترل می‌کردند.
• کاربردها: این حشرات در عملیات نجات و جستجو مورد استفاده قرار می‌گرفتند.
• سال‌های اخیر: حشراتی مانند سوسک‌ها و سیکاداها به سایبورگ تبدیل شده‌اند و حتی برخی قادر به تولید نت‌های موسیقی شده‌اند.

عروس دریایی سایبورگ: پیشگامان جدید

نیکول وو، مهندس دانشگاه کلرادو، اولین عروس دریایی سایبورگ خود را در سال ۲۰۲۰ ساخت و آن‌ها را در آب‌های کم‌عمق ماساچوست آزمایش کرد. او این سیستم را به یک ضربان‌ساز قلب تشبیه می‌کند که عضلات شنا را با تحریک الکتریکی منقبض کرده و عروس دریایی را به سمت دلخواه هدایت می‌کند. شبکه‌های عصبی ابتدایی عروس‌های دریایی برای این هدف بسیار مناسب هستند.

بهره‌وری انرژی و الهام‌بخش طراحی

وو عروس‌های دریایی را یکی از انرژی‌کارآمدترین موجودات جهان می‌داند. او معتقد است مطالعه جریان‌های آب ایجاد شده توسط آن‌ها می‌تواند به ساخت وسایل نقلیه زیرآبی نسل بعدی با مصرف انرژی کمتر کمک کند. این رویکرد می‌تواند انقلابی در طراحی ربات‌های زیرآبی و افزایش مدت زمان مأموریت‌های اکتشافی ایجاد کند.

نوآوری در تحلیل جریان‌ها: ذرات نشاسته‌ای

برای تحلیل جریان‌ها، از سیستم تصویربرداری ذرات استفاده می‌شود که حرکت ذرات شناور در آب را با نور لیزر دنبال می‌کند. استفاده از ذرات سنتزی مانند شیشه یا پلی‌استایرن گران و گاهی خطرناک است. به همین دلیل، محققان به بررسی ذرات نشاسته‌ای قابل تجزیه مانند نشاسته ذرت و آرروت روی آوردند.

نتایج نشان داد که ذرات نشاسته ذرت و آرروت بهترین عملکرد را در نمایش جریان‌های آب دارند و می‌توانند جایگزین ذرات سنتزی پرهزینه شوند، ضمن اینکه حرکت و اثرات جریان ایجاد شده توسط عروس‌های دریایی را به دقت نشان می‌دهند. این نوآوری نه تنها هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، بلکه به حفظ محیط زیست نیز کمک می‌کند.