Напечатанный на 3D-принтере робот меняет форму для наблюдения за окружающей средой

Итальянские исследователи создали нового 4D-печатного биоразлагаемого мягкого робота в форме семени, который меняет форму в ответ на изменения влажности и может перемещаться по почве. Устройство имеет большой потенциал как новый способ мониторинга окружающей среды.

4D-печать — это процесс использования 3D-печати для создания объектов, которые могут изменять свою форму или свойства в зависимости от факторов окружающей среды, таких как свет и температура. Ранее эта технология использовалась для создания самособирающихся программируемых материалов.

Теперь технология 4D была использована для создания мягкого робота, способного анализировать почву. Вдохновившись структурой семян южноафриканской герани (Pelargonium appendiculatum), которые меняют форму в зависимости от влажности окружающей среды, ученые из Istituto Italiano di Tecnologia в Генуе создали первого биомиметического биоразлагаемого семенного робота.

«Наши исследования начались с наблюдения за природой с целью имитировать стратегии живых существ или их структур и воспроизвести их в роботизированных технологиях с низким воздействием на окружающую среду с точки зрения энергии и загрязнения», — сказала Барбара Маццола, автор исследования.

Семена цветковых растений семейства Gerianaceae, в которое входит герань, используют свои гигроскопические (активируемые влагой) свойства, отделяясь в подходящих условиях окружающей среды. После отделения они меняют форму и самостоятельно проникают в почву, увеличивая шансы на прорастание.

Тщательно изучив структуру и биомеханику природного семени, исследователи воспроизвели его, используя комбинацию методов 3D-печати и электропрядения.

Электропрядение — это метод производства волокна, в котором используется электрическая сила для вытягивания заряженных полимеров до диаметра волокна порядка нескольких сотен нанометров.

Ученые использовали моделирование плавленого осаждения (FDM) для печати слоя подложки, состоящего из поликапролактона (PCL), биоразлагаемого термопластичного полиэфира, который был активирован с помощью кислородной плазмы, чтобы сделать его более водопритягивающим (гидрофильным).

Затем они добавили к подложке электропряденные гигроскопические волокна, состоящие из оболочки из оксида полиэтилена и ядра из нанокристаллов целлюлозы.

Во время испытаний мягкий робот исследовал образец почвы, адаптируя свою форму к взаимодействию с неровностями и трещинами. Он был очень энергоэффективным и мог поднимать примерно в 100 раз больше своего веса.

На видео ниже, подготовленном Istituto Italiano di Tecnologia, показано, как робот-семя реагировал на почву во время испытаний.

По словам исследователей, созданное ими устройство предлагает новый способ ненавязчивого наблюдения за планетой.

«С помощью этого последнего исследования мы еще раз доказали, что можно создавать инновационные решения, которые не только преследуют цель мониторинга благополучия нашей планеты, но и делают это без ее изменения», — сказала Барбара Маццола.

Ученые надеются, что низкая стоимость устройства, его простая конструкция и возможности сбора данных будут особенно полезны в отдаленных районах.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Science.