意大利技術(shù)研究院與特倫托大學(xué)研究人員利用3D打印創(chuàng)建了一個(gè)種子形狀的機(jī)器人，由可生物降解材料制成，具有根據(jù)濕度變化探索土壤的能力，能夠在周圍環(huán)境中移動(dòng)，且不需要電池或其他外部能源。這種人造種子還能自我改造，有望在環(huán)境監(jiān)測、重新造林等各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。研究論文發(fā)表在最近的《先進(jìn)科學(xué)》雜志上。
第一個(gè)I-Seed的靈感來自南非天竺葵的種子結(jié)構(gòu)，復(fù)制了天竺葵根據(jù)周圍環(huán)境濕度的變化而改變形狀的能力。圖片來源：意大利技術(shù)研究院
該成果源于歐洲項(xiàng)目I-Seed，從植物種子獲得靈感，主要目標(biāo)是創(chuàng)建一種新型機(jī)器人，能夠作為傳感器監(jiān)測土壤質(zhì)量參數(shù)，包括汞等污染物，以及二氧化碳水平、溫度和濕度等空氣指標(biāo)。
I-Seed項(xiàng)目于2021年啟動(dòng)。第一個(gè)I-Seed的靈感來自南非天竺葵的種子結(jié)構(gòu)，復(fù)制了天竺葵隨周圍環(huán)境濕度變化而改變形狀的能力，即所謂的濕態(tài)結(jié)構(gòu)。
意大利技術(shù)研究院生物啟發(fā)柔性機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研究人員解釋道，研究從觀察自然開始，旨在模仿生物的策略或其結(jié)構(gòu)，并將其復(fù)制到機(jī)器人技術(shù)中，在能源和污染方面對(duì)環(huán)境的影響較小。植物一直是靈感的源泉，在模仿了根部和攀緣植物的生長和運(yùn)動(dòng)策略后，研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了天竺葵科植物典型的種子攜帶結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散特征。
當(dāng)合適的環(huán)境條件出現(xiàn)時(shí)，這些種子從植物中分離出來，利用自身的吸濕特性，改變形狀并獨(dú)立移動(dòng)以探索和滲透土壤，從而增加發(fā)芽的機(jī)會(huì)。
研究人員結(jié)合3D打印和靜電紡絲技術(shù)復(fù)制了種子設(shè)計(jì)。為了確定最佳解決方案，他們測試了具有所需特性的不同材料，例如能夠吸濕和膨脹的材料——纖維素納米晶體和聚環(huán)氧乙烷，以及基于聚己內(nèi)酯的可生物降解和熱塑性聚合物。
研究人員稱，這些可生物降解和能源自主的機(jī)器人，將用作表層土壤勘探和監(jiān)測的無線、無電池工具。這種受生物啟發(fā)的方法使人們能夠制造出低成本的儀器，用于收集具有高空間和時(shí)間分辨率的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，特別是在沒有可用監(jiān)測數(shù)據(jù)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。
