仿生種子機器人可監測土壤環境，能改變形狀以響應濕度

2023-04-23 11:57:48 來源: 科技日報

(資料圖)

意大利技術研究院與特倫托大學研究人員利用3D打印創建了一個種子形狀的機器人，由可生物降解材料制成，具有根據濕度變化探索土壤的能力，能夠在周圍環境中移動，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，有望在環境監測、重新造林等各個領域得到應用。研究論文發表在最近的《先進科學》雜志上。

第一個I-Seed的靈感來自南非天竺葵的種子結構，復制了天竺葵根據周圍環境濕度的變化而改變形狀的能力。

圖片來源：意大利技術研究院

該成果源于歐洲項目I-Seed，從植物種子獲得靈感，主要目標是創建一種新型機器人，能夠作為傳感器監測土壤質量參數，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。

I-Seed項目于2021年啟動。第一個I-Seed的靈感來自南非天竺葵的種子結構，復制了天竺葵隨周圍環境濕度變化而改變形狀的能力，即所謂的濕態結構。

意大利技術研究院生物啟發柔性機器人實驗室研究人員解釋道，研究從觀察自然開始，旨在模仿生物的策略或其結構，并將其復制到機器人技術中，在能源和污染方面對環境的影響較小。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動策略后，研究團隊重點研究了天竺葵科植物典型的種子攜帶結構的運動和擴散特征。

當合適的環境條件出現時，這些種子從植物中分離出來，利用自身的吸濕特性，改變形狀并獨立移動以探索和滲透土壤，從而增加發芽的機會。

研究人員結合3D打印和靜電紡絲技術復制了種子設計。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氧乙烷，以及基于聚己內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器人，將用作表層土壤勘探和監測的無線、無電池工具。這種受生物啟發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間分辨率的現場數據，特別是在沒有可用監測數據的偏遠地區。

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