4D打印可监测土壤湿度环境的种子启发软机器人

像种子一样拥有神奇生命力的机器人，在土壤中自由探索，感知湿度变化。这款机器人由可生物降解材料制成，可在自然环境中灵活游走，无需依赖电池或其他外部能源。这就是首个由Bioinspired Soft Robotics实验室与特伦托大学合作，意大利技术学院创造的3D打印种子机器人I-Seed的核心特点。

该机器人的人造种子形态能够自我转化，适应环境，并在多个领域展现其独特的实用性，从环境监测到植树造林无一不涵盖。它的独特能力已经引起了广泛关注，相关的研究论文已在Advanced Science杂志的封面上发表。

这款机器人的灵感源于南非天竺葵的种子结构。天竺葵种子的湿形结构能力，即根据周围环境湿度变化改变形态的特性，被研究人员所借鉴。欧洲项目I-Seed协调下的研究团队致力于创建受植物种子启发的创新机器人，它们可以监测土壤和空气的各种指标。该项目在2021年启动，至今已取得显著成果。

植物世界是研究人员灵感的源泉。在模拟了根和攀缘植物的生长和运动策略后，研究小组特别关注了Gerianaceae植物种子携带结构的运动和传播特征。当环境条件适宜时，这些种子会利用材料的吸湿特性，改变形态并自主移动，以探索和穿透土壤，从而增加发芽的机会。

研究人员深受启发，通过结合3D打印和静电纺丝技术，成功复制了种子设计。经过多次试验，他们找到了满足需求特性的材料，如能够吸收湿度并膨胀的纤维素纳米晶体和聚环氧乙烷。这些材料的可生物降解性，使得机器人能够融入自然环境，成为一款既环保又高效的设备。

“我们的研究以自然为灵感，旨在模仿生物的结构策略，并将其应用于机器人技术中。”意大利技术学院的Barbara Mazzolai解释道，“通过这些创新解决方案，我们不仅能够监测地球的福祉，而且可以在不改变环境的前提下实现这一目标。”

这些可生物降解且能源自主的机器人将被广泛应用于表层土壤勘探和监测。这种生物启发的方法使得我们能够创建出低成本的仪器，用于收集具有高空间和时间分辨率的原位数据，特别是在缺乏监测数据的偏远地区。这项研究的潜力巨大，让我们拭目以待其在未来能够带来的更多突破和创新。