仿生种子机器人可监测土壤环境

仿生种子机器人可监测土壤环境
能改变形状以响应湿度

意大利技术研究院与特伦托大学研究人员利用3D打印创建了一个种子形状的机器人，由可生物降解材料制成，具有根据湿度变化探索土壤的能力，能够在周围环境中移动，且不需要电池或其他外部能源。这种人造种子还能自我改造，有望在环境监测、重新造林等各个领域得到应用。研究论文发表在最近的《先进科学》杂志上。

该成果源于欧洲项目I-Seed，从植物种子获得灵感，主要目标是创建一种新型机器人，能够作为传感器监测土壤质量参数，包括汞等污染物，以及二氧化碳水平、温度和湿度等空气指标。

I-Seed项目于2021年启动。第一个I-Seed的灵感来自南非天竺葵的种子结构，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。

意大利技术研究院生物启发柔性机器人实验室研究人员解释道，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。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，研究团队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，利用自身的吸湿特性，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，他们测试了具有所需特性的不同材料，例如能够吸湿和膨胀的材料——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。

研究人员称，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人们能够制造出低成本的仪器，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。