首个用于监测环境的可降解种子机器人

2023-04-23

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首个用于监测环境的可降解种子机器人

最后更新:2023-04-23 浏览:1983次

首个用于监测环境的可降解种子机器人



南非天竺葵的种子激发了原型的实现。图片来源:IstitutoItalianodiTecnologia
 
  热那亚IstitutoItalianodiTecnologia(IIT-意大利理工学院)的研究人员与特伦托大学合作,开发了第一台3D打印的可生物降解种子机器人,能够根据湿度改变形状。该机器人是欧洲项目“I-Seed”的一部分。
 
  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
 
  欧洲项目I-Seed的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)和空气指标(例如二氧化碳水平、温度)的传感器和湿度。I-Seed项目于2021年1月启动。
 
  第一个I-Seed的灵感来自南非天竺葵的种子结构,天竺葵。它能够根据周围环境中的湿度变化而改变形状,即所谓的湿态结构,被复制。
 
  “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BarbaraMazzolai解释道。IIT和欧盟资助项目I-Seed的协调员。
 
  当合适的环境条件出现时,包括天竺葵在内的天竺葵科开花植物的种子会从植物中分离出来,并利用它们的吸湿(湿度激活)特性。脱离后,它们会改变形状并独立移动以探索和穿透土壤,从而增加发芽的机会。有趣的是,这些种子利用缺乏新陈代谢并且可以变形的死纤维素基组织,仅利用环境湿度的变化。
 
  通过分析天然种子的结构和生物力学,研究人员使用并结合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,测试了具有适应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无线、无电池工具,用于表层土壤勘探和监测。这种受生物启发的方法使我们能够创建低成本的仪器,可用于收集具有高空间和时间分辨率的现场数据,特别是在没有可用监测数据的偏远地区,”博士LucaCecchini补充道。IIT的学生与特伦托大学合作,也是该研究的第一作者。