Naukowcy stworzyli żywe meduzy-cyborgi do eksploracji oceanów

Japońscy naukowcy z Tohoku University dokonali przełomu w dziedzinie eksploracji oceanów, opracowując rewolucyjną metodę kontrolowania ruchu meduz za pomocą delikatnych impulsów elektrycznych. To odkrycie może całkowicie zmienić sposób badania głębin morskich, oferując przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych pojazdów podwodnych. Badanie zostało opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature Communications.

Zespół badawczy pod kierownictwem dr. Dai Owaki z Wydziału Robotyki Tohoku University zastosował miniaturowe elektrody do stymulacji mięśniowego pierścienia meduz. Kluczowym elementem sukcesu okazało się zsynchronizowanie impulsów elektrycznych z naturalnym rytmem pływania zwierząt. Pulsy były podawane co 1,5-2 sekundy, idealnie wpisując się w naturalną częstotliwość skurczów meduz.

Naukowcy odkryli, że najskuteczniejsze sygnały zbiegały się z naturalną częstotliwością skurczów meduz, co pozwalało na zwiększenie prędkości pływania bez powodowania stresu u zwierząt. Próby użycia szybszych lub silniejszych impulsów prowadziły do zmniejszenia efektywności pływania i chaotycznych ruchów, co podkreśla znaczenie harmonii z naturalnymi rytmami biologicznymi.

Sztuczna inteligencja wykorzystana w projekcie to nowatorski "hybrydowy model fizycznego zbiornika", w którym samo ciało meduzy staje się integralną częścią systemu komputerowego. Ten lekki model AI może przewidywać przyszłe ruchy stymulowanych meduz we wszystkich kierunkach poprzecznych, wykorzystując ciało zwierzęcia jako element obliczeń. Zamiast potrzeby potężnych komputerów, ta lekka sztuczna inteligencja współpracuje z naturalnym ciałem meduzy, jakby zwierzę było częścią komputera.

Zespół rejestrował każde wydarzenie pływackie za pomocą jednej kamery z dwoma lustrami, a kompletną trójwymiarową trajektorię rekonstruowano na laptopie. Dane te były następnie wprowadzane do hybrydowego modelu AI typu "physical reservoir", który wykazał wystarczającą dokładność w przewidywaniu przyszłych prędkości we wszystkich kierunkach poprzecznych.

Opracowany system ma kilka kluczowych zalet, które mogą zrewolucjonizować badania oceanów. Przede wszystkim charakteryzuje się minimalnym zużyciem energii, zachowuje naturalną motorykę meduz i umożliwia długoterminowe monitorowanie oceanów bez potrzeby używania baterii czy silników. Meduzy-cyborgi wymagają minimalnego zasilania i działają bez silników, ograniczając wpływ na środowisko związany z obecnymi metodami badania rozległych obszarów oceanicznych.

Zdaniem ekspertów, meduzy są idealne do takich zadań ze względu na ich niezwykłą efektywność energetyczną. Te bezkręgowe stworzenia mogą pokonywać znaczne odległości przy minimalnych kosztach energii, dzięki pierścieniowi mięśni w ich miękkim brzuchu, który tworzy prosty napęd odrzutowy pchający je do przodu. Naukowcy nazywają tę naturalną zdolność "ucieleśnioną inteligencją", sugerując, że fizyczna struktura organizmu odgrywa rolę w rozwiązywaniu problemów.

W przeciwieństwie do ryb, meduzy nie mają kości i posiadają jedynie rudymentarną sieć nerwową, jednak mogą przemierzać znaczne odległości przy minimalnym wydatku energii. Pozornie bezwysiłkowy ślizg meduzy przez wodę to zasługa pierścienia mięśni w jej miękkim brzuchu, który tworzy prosty odrzut napędzający ją do przodu.

Potencjał zastosowań tych technologii jest ogromny. Gdy technologia zostanie odpowiednio wykorzystana, ten sposób poruszania się zapewnia efektywny środek monitorowania raf koralowych, śledzenia rozlewów ropy i obserwowania trendów klimatycznych. W przyszłości roje meduz-cyborgów mogłyby przemierzać oceany przez miesiące, zbierając dane o zanieczyszczeniach, temperaturze wody i innych parametrach środowiskowych.

Badanie łączy nauki morskie i inżynierię poprzez rozwój unikalnego, delikatnego pływaka cyborga. Meduzy zostały wybrane do tych badań ze względu na ich niezwykłą efektywność pływania wśród zwierząt morskich, co czyni je idealnym modelem do eksploracji synergii między systemami biologicznymi a prostym sprzętem.

Obserwowanie tych eleganckich stworzeń ślizgających się przez wodę zainspirowało zespół badawczy do opracowania technologii, która harmonizuje z żywymi ekosystemami, zamiast je zakłócać. Idea żywego organizmu działającego jako urządzenie obliczeniowe może brzmieć jak science-fiction, ale ma potencjał do zrewolucjonizowania wielu dziedzin.

W robotyce miękkie organizmy mogłyby inspirować innowacje w projektach charakteryzujących się samonaprawiającymi się i elastycznymi właściwościami. W badaniach klimatycznych floty meduz-cyborgów mogłyby przemierzać oceany przez długie okresy, mapując temperaturę, zasolenie i zanieczyszczenie plastikiem bez potrzeby używania baterii.

Zespół Owaki składa się także z profesora Maxa Austina oraz profesora Kohei Nakajima z Wydziału Mechaniki  i Informatyki na Uniwersytecie Tokijskim, a także z ekspertów z Kamo Aquarium w mieście Tsuruoka. Ta międzynarodowa współpraca podkreśla globalne znaczenie tego przełomowego badania.

Naukowcy podkreślają etyczny aspekt swojej pracy. Ponieważ meduzy nie mają mózgu ani receptorów bólu, nie mogą odczuwać elektrod ani interpretować impulsów elektrycznych jako ból. Meduzy wydzielają śluz, gdy są zestresowane, ale brak takiego śluzu wywołanego stresem podczas eksperymentów wskazuje, że mikroelektronika nie szkodzi tym bezkręgowcom.

To badanie otwiera nowe możliwości dla przyszłości eksploracji oceanów. Zamiast polegać na kosztownych i energochłonnych tradycyjnych metodach, naukowcy mogą teraz wykorzystać naturalną inteligencję meduz do badania morskich głębin w sposób zrównoważony i efektywny. W erze rosnącej świadomości ekologicznej, takie rozwiązania mogą stać się kluczem do lepszego zrozumienia i ochrony naszych oceanów.

Źródła:

https://knowridge.com/2025/05/cyborg-jellyfish-could-be-the-future-of-o… https://www.tohoku.ac.jp/en/press/exploring_the_seas_with_selfpowered_j… https://www.miragenews.com/exploring-seas-with-self-powered-jellyfish-1… https://www.nationaltribune.com.au/exploring-seas-with-self-powered-jel… https://www.nasw.org/article/cyborg-jellyfish-future-deep-ocean-explora… https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240229124647.htm https://absolutenews.com/jellyfish-cyborgs-caltechs-breakthrough-in-bio… https://arxiv.org/html/2408.01941v2 https://www.caltech.edu/about/news/building-bionic-jellyfish-for-ocean-… https://www.asiaresearchnews.com/content/exploring-seas-self-powered-je… https://www.nature.com/articles/s41467-025-59889-7 https://www.nature.com/articles/s41467-024-55197-8 https://www.nature.com/articles/s41467-019-10549-7