熱那亞IstitutoItalianodiTecnologia（IIT-意大利理工學(xué)院）的研究人員與特倫托大學(xué)合作，開發(fā)了第一臺3D打印的可生物降解種子機器人，能夠根據(jù)濕度改變形狀。該機器人是歐洲項目“I-Seed”的一部分。
人造種子能夠自我改造并在環(huán)境中自主移動，并可能在從環(huán)境監(jiān)測到重新造林的各個領(lǐng)域得到應(yīng)用。
歐洲項目I-Seed的主要目標(biāo)是創(chuàng)造受植物種子啟發(fā)的創(chuàng)新機器人，并能夠充當(dāng)監(jiān)測土壤質(zhì)量參數(shù)（包括汞等污染物的存在）和空氣指標(biāo)（例如二氧化碳水平、溫度）的傳感器和濕度。I-Seed項目于2021年1月啟動。
第一個I-Seed的靈感來自南非天竺葵的種子結(jié)構(gòu)，天竺葵。它能夠根據(jù)周圍環(huán)境中的濕度變化而改變形狀，即所謂的濕態(tài)結(jié)構(gòu)，被復(fù)制。
“我們的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)制到機器人技術(shù)中，在能源和污染方面對環(huán)境的影響較小，”機器人技術(shù)副主任BarbaraMazzolai解釋道。IIT和歐盟資助項目I-Seed的協(xié)調(diào)員。
當(dāng)合適的環(huán)境條件出現(xiàn)時，包括天竺葵在內(nèi)的天竺葵科開花植物的種子會從植物中分離出來，并利用它們的吸濕（濕度激活）特性。脫離后，它們會改變形狀并獨立移動以探索和穿透土壤，從而增加發(fā)芽的機會。有趣的是，這些種子利用缺乏新陳代謝并且可以變形的死纖維素基組織，僅利用環(huán)境濕度的變化。
通過分析天然種子的結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)，研究人員使用并結(jié)合3D打印和靜電紡絲技術(shù)復(fù)制了種子設(shè)計。為了確定最佳解決方案，測試了具有適應(yīng)所需應(yīng)用特性的不同材料，例如能夠吸濕和膨脹的材料，如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。
“通過這項最新研究，”Mazzolai補充道，“我們進(jìn)一步證明，創(chuàng)造創(chuàng)新解決方案是可能的，這些解決方案不僅旨在監(jiān)測我們星球的福祉，而且不會改變它。“
“這些可生物降解和能源自主的機器人將用作無線、無電池工具，用于表層土壤勘探和監(jiān)測。這種受生物啟發(fā)的方法使我們能夠創(chuàng)建低成本的儀器，可用于收集具有高空間和時間分辨率的現(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)，”博士LucaCecchini補充道。IIT的學(xué)生與特倫托大學(xué)合作，也是該研究的第一作者。
