Zijn vinnen wapperden op de bodem van de Mariana Trench, een stap in de richting van het bestuderen van het leven daar
Geïnspireerd door een vreemde vis die bestand is tegen de bestraffende druk van de diepste uithoeken van de oceaan, hebben wetenschappers een zachte, autonome robot ontworpen die in staat is om zijn vinnen te laten fladderen – zelfs in het diepste deel van de Mariana Trench.
Het team, geleid door roboticus Guorui Li van de Zhejiang University in Hangzhou, China, heeft met succes het vermogen van de robot om te zwemmen in het veld getest op diepten variërend van 70 meter tot bijna 11.000 meter, meldt het 4 maart in Natuur
Challenger Deep is het laagste van het lage, het diepste deel van de Mariana Trench. Het komt uit op ongeveer 10.900 meter onder zeeniveau (SN: 12/11/12 De druk van al dat bovenliggende water is ongeveer duizend keer de atmosferische druk op zeeniveau, wat zich vertaalt naar ongeveer 103 miljoen pascal (of 15.000 pond per vierkante inch). “Het is ongeveer het equivalent van een olifant die bovenop je duim staat”, zegt diepzeefysioloog en ecoloog Mackenzie Gerringer van de State University of New York in Geneseo, die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek.
De enorme druk op deze hadale diepten – de diepste oceaanzone, tussen 6.000 en 11.000 meter – vormt een zware technische uitdaging, zegt Gerringer. Traditionele diepzeerobots of bemande duikboten zijn zwaar verstevigd met stijve metalen frames om niet te kreukelen – maar deze schepen zijn omvangrijk en omslachtig, en het risico op structureel falen blijft groot.
Om robots te ontwerpen die gracieus door ondieper water kunnen manoeuvreren, hebben wetenschappers eerder voor inspiratie gekeken naar zachte oceaandieren, zoals de octopus (SN: 17-9-14 Zo’n diepzee-muze bestaat namelijk ook: Pseudoliparis swirei, of de Mariana hadal snailfish, een meestal zompige, doorschijnende vis die wel 8.000 meter diep leeft in de Mariana Trench.
Gerringer, een van de onderzoekers die de diepzeeslakvis voor het eerst beschreef in 2014, construeerde enkele jaren later een 3D-geprinte zachte robotversie ervan om beter te begrijpen hoe hij zwemt. Haar robot bevatte een gesynthetiseerde versie van de waterige klodder in het lichaam van de vis die hoogstwaarschijnlijk drijfvermogen toevoegt en hem helpt efficiënter te zwemmen (SN: 1/3/18
Maar een robot bedenken die onder extreme druk kan zwemmen om de diepzee-omgeving te onderzoeken, is een andere zaak. Autonome verkenningsrobots hebben niet alleen elektronica nodig om hun beweging aan te drijven, maar ook om verschillende taken uit te voeren, of het nu gaat om het testen van de waterchemie, het verlichten en filmen van de bewoners van diepe oceaansleuven, of het verzamelen van monsters om terug naar de oppervlakte te brengen. Deze elektronica kan onder druk van de waterdruk tegen elkaar aan schuren.
Dus besloten Li en zijn collega’s om een van de aanpassingen van de slakvis aan het leven onder hoge druk te lenen: zijn schedel is niet volledig versmolten met verhard bot. Dat extra beetje kneedbaarheid zorgt ervoor dat de druk op de schedel gelijk wordt. In dezelfde geest besloten de wetenschappers om de elektronica – de ‘hersenen’ – van hun robotvissen verder uit elkaar te verdelen dan normaal, en ze vervolgens in zachte siliconen te omhullen om te voorkomen dat ze elkaar aanraken.
Het team ontwierp ook een zacht lichaam dat een beetje lijkt op de snailfish, met twee vinnen waarmee de robot zichzelf door het water kan voortbewegen. (Gerringer merkt op dat de eigenlijke slakvis niet met zijn vinnen klapt, maar als een kikkervisje met zijn lichaam kronkelt.) Om de vinnen te laten klappen, is de robot uitgerust met batterijen die kunstmatige spieren aandrijven: elektroden die tussen twee membranen zijn ingeklemd die vervormen als reactie op de elektrische lading.
Het team heeft de robot in verschillende omgevingen getest: 70 meter diep in een meer; ongeveer 3.200 meter diep in de Zuid-Chinese Zee; en tot slot, helemaal op de bodem van de oceaan. De robot mocht tijdens de eerste twee proeven vrij zwemmen. Voor de Challenger Deep-proef hielden de onderzoekers zich echter stevig vast en gebruikten ze de uitschuifbare arm van een diepzeelander om de robot vast te houden terwijl hij met zijn vinnen klapperde.
Deze machine “verlegt de grenzen van wat kan worden bereikt” met biologisch geïnspireerde zachte robots, schrijven robotocisten Cecilia Laschi van de National University of Singapore en Marcello Calisti van de University of Lincoln in Engeland. Het paar heeft een commentaar op het onderzoek in hetzelfde nummer van Natuur Dat gezegd hebbende, de machine is nog ver verwijderd van implementatie, merken ze op. Hij zwemt langzamer dan andere onderwaterrobots en heeft nog niet de kracht om krachtige onderwaterstromingen te weerstaan. Maar het “legt de basis” voor toekomstige dergelijke robots om slepende vragen over deze mysterieuze uithoeken van de oceaan te helpen beantwoorden, schrijven ze.
Het is bekend dat diepzeesleuven wemelen van het microbiële leven, dat zich graag voedt met de overvloed aan organisch materiaal – van algen tot kadavers – dat zijn weg naar de zeebodem vindt. Die microbiële activiteit duidt erop dat de loopgraven een belangrijke rol kunnen spelen in de koolstofcyclus van de aarde, die op zijn beurt verband houdt met de regulering van het klimaat door de planeet.
De ontdekking van microplastics in Challenger Deep is ook een onweerlegbaar bewijs dat zelfs de bodem van de oceaan niet zo ver weg is, zegt Gerringer (SN: 20/11/20 “We hebben invloed op deze diepwatersystemen voordat we erachter zijn gekomen wat daar beneden is. We hebben de verantwoordelijkheid om deze schijnbaar buitenaardse systemen, die echt deel uitmaken van onze planeet, met elkaar te verbinden. “