Расположенная в Итальянском институте технологий (IIT) лаборатория биотехнологической робототехники проектирует и разрабатывает технологические инновации, находя идеи для них в природе. В 2021 году они запустили I:Seed – проект по созданию нового поколения гибких, автономных и биоразлагаемых миниатюрных роботов на основе технологий 4D печати.
Найти подходящий дизайн для этих устройств ученым помогли обычные семена растений. Комбинируя передовые научные исследования и креативный техно-дизайн, лаборатория использует своих роботов для анализа и контроля состояния воздуха и верхнего слоя почвы, наполненного питательными веществами.
Специалисты из IIT работают над данным проектом совместно с сотрудниками университета Тренто (Италия). По словам создателей инновации, робот-семя способен точно определять показатели температуры и влажности почвы и воздуха. Также он эффективно распознает наличие загрязняющих веществ (например, ртути), а еще уровень СО2 в атмосфере.
Как создавался автономный биоразлагаемый робот I:Seed?
На выбор дизайна для первой версии I:Seed ученых вдохновила южноафриканская герань. Это растение поддерживает свою жизнедеятельность весьма своеобразным способом. Оно выбрасывает семена при появлении подходящих условий окружающей среды. При этом семена герани обладают гигроскопичными свойствами: они способны впитывать влагу, что позволяет им менять форму и передвигаться для более глубокого проникновения в почву. Такие особенности семян способствуют активному распространению растения в природе.
В ходе разработки своего робота итальянские ученые провели морфометрическое, гистологическое и биомеханическое исследование южноафриканской герани. Это помогло им комплексно проанализировать поведение самого растения и его семян. Затем исследователи применили собранные данные для моделирования и изготовления робота с подобным строением. Как было отмечено ранее, ключевую функцию в его разработке выполняли технологии 4D печати.
Для создания робота I:Seed исследователи использовали технологию FDM и биоразлагаемые полимеры на основе поликапролактона – сложного полиэфира, из которого изготавливают специальные полиуретаны. Этот материал известен своей водонепроницаемостью. В процессе печати метод экструзии сочетали с техникой электропрядения гигроскопических волокон, состоящих из полиэтиленоксида (ПЭО) и сердцевины из нанокристаллов целлюлозы.
По мнению команды разработчиков, искусственные семена-роботы имеют такие же размеры и биомеханические характеристики, как и натуральные семена. Благодаря этому, проект I:Seed поможет точнее и удобнее анализировать состояние почвы и воздуха, отслеживая загрязнения и прочие дефекты. Аспирант IIT Лука Чеккини заявил, что эти энергонезависимые роботы будут применяться в качестве беспроводных инструментов для анализа и мониторинга поверхности почвы в разных местах.
Вдохновленная природой инновация позволила ученым создать компактное и недорогое устройство с широкими возможностями для автономного сбора данных, в том числе в отдаленной от цивилизации местности. Команда исследователей опубликовала подробную статью о роботе I:Seed и особенностях его разработки в тематическом журнале Advanced Science.
