Океан покрывает большую часть планеты, но его глубины остаются малоизученными. Традиционные методы исследования с помощью роботов дороги, а человек не может погружаться на экстремальные глубины. Инженер Николь Сю из Университета Колорадо предлагает использовать живых медуз как биологические исследовательские аппараты. Работа опубликована в журнале Physical Review Fluids.
Ученые создают «киборгов» из лунных медуз для изучения океана
Ученые из Университета Колорадо в Боулдере создали «медуз-киборгов», прикрепляя к лунным медузам электронные устройства для их управления. Это позволяет использовать морских животных как биологических дронов для исследования недоступных глубин океана.
Лунная медуза в свободном плавании. https://www.wildlifetrusts.org/
Помимо проекта университета Колорадо, медуз-киборгов разрабатывают еще в нескольких ведущих научных центрах. В частности, в лаборатории Калтеха создают биогибридные устройства, встраивая микроэлектронные контроллеры в медуз.
Лунные медузы (Aurelia aurita) идеально подходят для этой задачи. Они энергоэффективны и выживают в неизменном виде более 500 миллионов лет. У них нет мозга или позвоночника, но есть простые органы и нервные сети. Они не чувствуют боль как люди, поскольку лишены ноцицепторов.
Биогибриды в аквариуме.
Команда Сю прикрепляет к медузам миниатюрные электронные устройства, стимулирующие их мышцы и позволяющие управлять движением. «Представьте наше устройство как кардиостимулятор для сердца», — объясняет исследователь. — «Мы стимулируем плавательные мышцы, вызывая сокращения и поворачивая животных в нужном направлении».
Как создать подводного киборга
Биогибридная система может нести датчики для отслеживания температуры, кислотности и других параметров океана. Медузы способны достигать экстремальных глубин, включая Марианскую впадину на глубине 10 900 метров, куда не добираются обычные исследовательские аппараты.
Для изучения движения медуз ученые заполняют резервуары биоразлагаемыми частицами из кукурузного крахмала и просвечивают воду лазерами.
Исследователи серьезно относятся к этическим вопросам. Сю внимательно следит за признаками стресса у медуз — обычно стресс проявляется в избыточном выделении слизи и прекращении размножения. Однако ее подопечные процветают: в резервуарах растут зародышевые полипы размером с булавочную головку.
Николь Сю стоит у аквариума с медузами в своей лаборатории.
Первые полевые испытания киборг-медуз прошли в 2020 году в мелких водах у берегов Массачусетса. Теперь команда работает над улучшением управления в естественных океанских условиях, которые гораздо менее предсказуемы, чем лабораторные резервуары.
Этот подход представляет кардинальную смену парадигмы в океанических исследованиях. Вместо создания более крупных машин ученые адаптируют то, что уже существует в природе. Медузы могут стать не только сборщиками данных, но и источником вдохновения для проектирования будущих подводных аппаратов.