زومیت/ دانشمندان عروس‌های دریایی را با ریزالکترونیک مجهز کرده‌اند تا دما، اسیدیته و جریان آب را بسنجند و رازهای ناشناخته اعماق تاریک اقیانوس را آشکار سازند.

عروس دریایی، موجودی شفاف و لطیف، به اعماق تاریک اقیانوس شیرجه می‌زند، جایی که حتی پیشرفته‌ترین تجهیزات انسانی به سختی می‌توانند به آن برسند. ترکیب فناوری و توانایی طبیعی شناکردن عروس دریایی، با هموارسازی مسیری تازه برای کاوش محیط‌های دریایی دورافتاده، امکان جمع‌آوری داده‌های حیاتی برای حفظ گونه‌های دریایی و درک بهتر تغییرات اقلیمی را فراهم می‌کند.

تغییرات اقلیمی باعث گرم‌ترشدن آب‌های اقیانوس‌ها و افزایش اسیدیته‌ی آن‌ها می‌شود، زیرا کربن‌دی‌اکسید از جو جذب آب‌ها می‌شود. این شرایط گونه‌های دریایی مختلف را تهدید می‌کند؛ بنابراین پایش تغییرات اهمیتی حیاتی دارد. دسترسی به اعماق اقیانوس بدون تجهیزات گران‌قیمت دشوار است، اما عروس‌های دریایی ماه (Aurelia aurita) قادر به شنا در این عمق‌ها هستند و می‌توانند متحدی ارزشمند برای مطالعه‌ی محیط‌های دورافتاده در اقیانوس باشند.

به‌گزارش ارزتکنیکا، اکنون پژوهشگران دانشگاه کلرادو بولدر «عروس‌های دریایی سایبورگ» ساخته‌اند که مجهز به ریزالکترونیک‌های کوچک هستند تا داده‌های حیاتی را درباره‌ی دما، اسیدیته و دیگر ویژگی‌های محیطی جمع‌آوری کنند. تیم پژوهشگران با بررسی بیومکانیک شنا و جریان‌های آبی ایجادشده توسط عروس‌های دریایی ماه، از ذرات نشاسته‌ای تجزیه‌پذیر برای تحلیل حرکت آب استفاده می‌کنند.

حوزه‌ی ساخت موجودات بیوهیبریدی از دهه‌ها پیش شناخته شده است. علاقه‌ی پژوهشگران به حشرات سایبورگ از دهه‌ی ۱۹۹۰ آغاز شد که با کاشت الکترود در شاخک سوسک‌ها و اعمال تحریک الکتریکی، حرکات آن‌ها را هدایت می‌کردند تا به‌عنوان ربات‌های هیبریدی در عملیات نجات استفاده شوند. موفقیت این روش در سال ۲۰۱۵، توسط دانشمندان دانشگاه تگزاس ای‌اندام تأیید شد؛ زمانی که کاشت الکترود در گانگلیون سوسک‌ها توانست ۶۰ درصد مواقع آن‌ها را به جهت دلخواه هدایت کند.

در سال ۲۰۲۱، پژوهشگران دانشگاه فناوری نانیانگ با کاشت الکترود در اندام‌های حسی سوسک‌های ماداگاسکار توانستند هدایت موفقیت‌آمیز آن‌ها را تا ۹۴ درصد افزایش دهند. اوایل امسال نیز دانشمندان ژاپنی، سنجاقک‌ها را به سایبورگ تبدیل کردند که قادر به نواختن آهنگ بودند؛ این رویکرد می‌تواند در انتقال پیام‌های هشدار کاربرد داشته باشد.

نیکول وو، مهندس در دانشگاه کلرادو بولدر، نخستین عروس دریایی سایبورگ خود را در سال ۲۰۲۰ ساخت و در آب‌های کم‌عمق ساحل وودز هول آزمایش کرد. سیستم او مانند ضربان‌ساز قلب عمل می‌کند؛ یعنی با تحریک عضلات شنا و ایجاد انقباض، عروس دریایی را به جهت دلخواه هدایت می‌کند. شبکه‌ی عصبی ابتدایی عروس‌های دریایی، با وجود فقدان مغز و نخاع، توانایی کافی برای کنترل شنا را فراهم می‌سازد. وو درباره‌ی ویژگی منحصربه‌فرد عروس دریایی می‌گوید:

روش شناکردن عروس‌های دریایی واقعاً خاص است، آن‌ها جزو بهینه‌ترین حیوانات از نظر مصرف انرژی هستند. این ویژگی می‌تواند الهام‌بخش ساخت وسایل نقلیه زیرآبی نسل بعدی با مصرف انرژی کمتر باشد.

تحلیل جریان‌های پشت سر و گردابه‌های ناشی از شنا اهمیت زیادی دارد. تصویربرداری ذرات معلق (PIV)، ابزاری حیاتی برای مطالعه‌ی این پدیده‌هاست که با دنبال‌کردن حرکت ذرات کوچک در آب توسط نور لیزر انجام می‌شود. استفاده از کره‌های شیشه‌ای، دانه‌های پلی‌استایرن یا ورقه‌های آلومینیومی معمول است، اما این ذرات گران و با خطرات بهداشتی و زیست‌محیطی همراه هستند.

راهکارهای تجزیه‌پذیر، شامل سلول‌های مخمر، شیر، میکروجلبک و نشاسته‌ی سیب‌زمینی، ارزان و در دسترس‌اند. وو ذرات نشاسته را امیدوارکننده‌ترین گزینه دانست و انواع مختلفی مانند نشاسته‌ی ذرت، نشاسته‌ی آررو، بیکینگ پودر، دانه‌های جوجوبا و پودر پوست گردو را آزمایش کرد. هر نوع ذره همراه با عروس‌های دریایی در مخازن آب قرار گرفت و حرکت ذرات در آب با سیستم ذرات معلق دنبال شد. سپس، ارزیابی عملکرد ذرات بر اساس اندازه، چگالی و پراکنش لیزر انجام گرفت.

یافته‌ها نشان داد از میان گزینه‌های مختلف، نشاسته‌ی ذرت و نشاسته‌ی آررو به دلیل چگالی مناسب و توزیع یکنواخت اندازه، بهترین گزینه برای کاربردهای ذرات معلق بودند. در حالی که نشاسته‌ی آررو در تست‌های پراکنش لیزر عملکرد بهتری داشت، نشاسته‌ی ذرت نیز برای کاربردهایی مناسب بود که نیاز به ذرات ردیاب بزرگ‌تر دارند، زیرا نقاط پراکنش لیزر بزرگ‌تری در آزمایش‌ها ایجاد می‌کردند.

در نتیجه، هر دو گزینه در نمایش دقیق ساختارهای جریان ایجادشده توسط شناکردن عروس‌های دریایی، با ذرات ردیاب مصنوعی رایج عملکرد برابری داشتند.

مطالعه در نشریه Physical Review Fluids منتشر شده است.