【全球热闻】第一个3D打印的可生物降解种子机器人能够根据湿度改变形状
2023-04-21 23:19:10 互联网
(资料图片)
一个形状像种子的机器人，能够根据湿度变化探索土壤。它由可生物降解的材料制成，无需电池或其他外部能源即可在周围环境中移动。这些是第一个 I-Seed 的主要特征，这是第一个 3D 打印的种子机器人，由 Bioinspired 软机器人 (BSR) 实验室的研究人员在热那亚的 Istituto Italiano di Tecnologia(IIT-意大利理工学院)创建由 Barbara Mazzolai 与特伦托大学合作完成。人造种子能够自我改造并在环境中自主移动，并可能在从环境监测到重新造林的各个领域得到应用。
描述原型的研究论文已发表在Advanced Science上，并在其封面上有特色。该成果源自 IIT 协调的欧洲项目 I-Seed，其主要目标是创造受植物种子启发的创新机器人，并能够充当监测土壤质量参数(包括汞等污染物的存在)和空气的传感器指标，例如 CO2 水平、温度和湿度。I-Seed 项目已于 2021 年启动。
第一个 I-Seed 的灵感来自南非天竺葵(Pelargonium appendiculatum)的种子结构，复制了天竺葵随周围环境湿度变化而改变形状的能力，即所谓的湿态结构。
“我们的研究从观察自然开始，旨在模仿生物的策略或其结构，并将其复制到机器人技术中，在能源和污染方面对环境的影响较小，”机器人技术副主任 Barbara Mazzolai 解释道。 IIT 和欧盟资助项目 I-Seed 的协调员。
对于由该领域的先驱 Mazzolai 协调的 IIT-BSR 实验室的研究小组来说，植物一直是灵感的源泉。在模仿了根部和攀缘植物的生长和运动策略后，该小组重点研究了天竺葵科植物典型的种子携带结构的运动和扩散特征。
当合适的环境条件出现时，这些种子从植物中分离出来，并利用构成它们的材料的吸湿特性，改变形状并独立移动以探索和渗透土壤，从而增加发芽的机会。研究人员发现有趣的是，这些种子利用缺乏新陈代谢且能够变形的死纤维素基组织，仅利用环境湿度的变化。
通过组织学分析这些组织，研究人员通过使用和结合 3D 打印和静电纺丝技术复制了种子设计。为了确定最佳解决方案，测试了具有适用于所需应用特性的不同材料，例如能够吸湿和膨胀的材料，如纤维素纳米晶体和聚环氧乙烷，以及基于聚己内酯的可生物降解和热塑性聚合物。
“通过这项最新研究——Mazzolai 补充道——我们进一步证明，创造创新解决方案是可能的，这些解决方案不仅旨在监测我们星球的福祉，而且不会改变它。”
“这些可生物降解和能源自主的机器人将用作表层土壤勘探和监测的无线、无电池工具。这种受生物启发的方法使我们能够制造出低成本的仪器，可用于收集具有高空间的现场数据和时间分辨率，特别是在没有可用监测数据的偏远地区，”印度理工学院与特伦托大学合作的博士生、该研究的第一作者 Luca Cecchini 补充道。