İklim değişikliğinin okyanus sularını ısıtması ve atmosferden karbon monoksit emilimi nedeniyle asitlenmeyi artırması, pek çok deniz canlısını tehdit ediyor. Bu değişiklikleri izlemek hayati önem taşıyor. Ancak, derin sulara çok pahalı ekipmanlar olmadan ulaşmak zorlu bir süreç. Ay denizanası bu derinliklere yüzebiliyor, bu da onları derin okyanus çalışmalarında potansiyel bir yardımcı haline getiriyor.
Bu nedenle, Colorado Boulder Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, sıcaklık, asitlik ve diğer önemli özellikler hakkında kritik veriler toplamak amacıyla küçük mikroelektronik cihazlarla donatılmış 'siborg' denizanası geliştirdi. Hibrit canlılarını daha da iyileştirmek için ekip, denizanasının yüzme biyomekaniğini inceliyor. Araştırma, yüzme hareketleriyle oluşan su akış desenlerini analiz etmeyi de içeriyor. Bu analizler, nişastalı biyobozunur parçacıklar kullanılarak yapılıyor.
Biyo-hibrit canlılar yaratmak, uzun süredir devam eden bir alan. Örneğin, geçmişte bilim insanları siborg böceklerin potansiyeliyle ilgilenmiş, hamam böceklerinin antenlerine küçük elektrotlar yerleştirerek hareketlerini yönlendirmeyi denemişlerdir. Amaç, onları arama-kurtarma uygulamaları için hibrit robotlar olarak kullanmaktı.
Önceki çalışmalarda, bir hamam böceğinin ön bacaklarını kontrol eden nöron kümesine elektrot implantasyonu, hamam böceklerini %60 oranında başarıyla yönlendirmede etkili bulunmuştur. Bu hamam böceklerine küçük sırt çantaları takılarak, uzaktan kumandayla senkronize edilmiş şoklarla dengeleri bozulmuş ve istenen yöne gitmeleri sağlanmıştır.
Daha yakın zamanda, Singapur'daki bir üniversitede bilim insanları Madagaskar horoz böceklerini siborglara dönüştürmüş, bu böceklerin beyinlerine küçük bilgisayarlar bağlayarak onları yönlendirmeyi başarmıştır. Simüle edilmiş afet senaryolarında bu böcekler %94 başarı oranıyla yönlendirilmiştir.
Hatta bu yılın başlarında Japon bilim insanları, siborg böcekler kullanarak belirli müzik notalarını çalmayı başarmıştır. Amaç, acil durumlarda uyarı mesajları iletmeleri için siborg böceklerin kullanılmasıdır. Bu, böceklerin ses organlarını kullanarak bilgisayar-böcek hibrit hoparlörler oluşturulmasıyla sağlanmıştır. Elektrik sinyalleri aracılığıyla böceklerin belirli müzik notaları üretmesi mümkün olmuştur.
Denizanasıyla Yüzmek
Ve şimdi sıra biyo-hibrit ay denizanası modellerinde. Bir mühendis, ilk siborg denizanasını 2020'de geliştirerek, denizanasının yüzme kaslarını elektriksel olarak uyararak onları tercih edilen yönde yönlendirmeyi başarmıştır. Ay denizanasının beyin veya omurilik sistemi olmamasına rağmen, sahip olduğu ilkel sinir ağları bu tür yönlendirmeler için uygundur.
Ay denizanasının yüzme şeklinin çok özel olduğu belirtiliyor. Bu canlıların gezegendeki en enerji verimli hayvanlardan biri olduğu düşünülüyor. Bu özelliğin kilidini açarak daha enerji verimli, yeni nesil su altı araçları yaratmak hedefleniyor.
Denizanasının yüzerken ürettiği dalgalanmaları ve girdapları anlamak, araştırmacılar için büyük önem taşıyor. Parçacık görüntü hızölçümü (PIV) gibi teknikler, su akışını ve biyomekanik itkiyi incelemek için kritik bir araçtır. Bu teknik, lazer ışığıyla aydınlatılan su içindeki minik izleyici parçacıkların hareketini takip eder.
Bu parçacıklar genellikle cam küreler, polistiren boncuklar veya alüminyum pullar gibi özel optik kaplamalara sahip malzemelerden yapılır. Bu malzemeler ucuz ve iyi işlevsel olsalar da, cilt veya göz tahrişine neden olabilen veya solunduğunda veya yutulduğunda zarar verebilen sağlık ve çevre riskleri taşırlar. Ayrıca hayvanlar tarafından sindirilemezler.
Bu riskleri azaltmak için nişasta bazlı biyobozunur parçacıklar gibi daha çevre dostu seçenekler önerilmiştir. Bu parçacıklar maya hücreleri, süt, mikro algler ve patates nişastası gibi kolayca bulunabilen ve ucuz malzemelerden yapılabilir.
Araştırmacılar, farklı nişasta türlerini inceleyerek PIV uygulamaları için en uygun olanı belirlemeyi amaçlamışlardır. Bu kapsamda mısır nişastası, ararot nişastası, kabartma tozu, jojoba boncukları ve ceviz kabuğu tozu gibi çeşitli malzemeler denenmiştir. Her bir parçacık türü, ay denizanası ile birlikte su tanklarına konulmuş ve PIV sistemiyle hareketleri izlenmiştir. Performansları, parçacıkların boyutu, yoğunluğu ve lazerle saçılma özellikleri açısından değerlendirilmiştir.
Yapılan testlerde, mısır nişastası ve ararot nişastasının yoğunlukları ve homojen boyut dağılımları sayesinde PIV uygulamaları için en uygun adaylar olduğu belirlenmiştir. Ararot nişastası, lazerle saçılma testlerinde en iyi performansı göstermiştir. Ancak mısır nişastası, deneylerde daha büyük lazer saçılma noktaları üreterek daha büyük izleyici parçacıkların gerekli olduğu uygulamalar için de uygun olabileceği görülmüştür. Her iki aday malzeme de, yüzme hareketlerinden kaynaklanan akış yapılarının doğru bir şekilde görselleştirilmesi açısından yaygın olarak kullanılan sentetik PIV izleyici parçacıklarının performansına denk düşmüştür.
