意大利研究人員創(chuàng)造了一種新穎的4D打印的可生物降解的軟體機器人，其形狀像一顆種子，能隨著濕度的變化而改變形狀，并能在土壤中航行。該設備作為監(jiān)測環(huán)境的一種新方式具有很大的潛力。
4D打印是使用3D打印技術來創(chuàng)造能夠對環(huán)境因素（如光線和溫度）做出反應而改變其形狀或屬性的物體的過程。此前，該技術已被用于創(chuàng)建自組裝、可編程的材料技術。
現(xiàn)在，4D技術已被用于創(chuàng)造一個能夠分析土壤的軟體機器人。從南非天竺葵（Pelargonium appendiculatum）的種子結構中獲得靈感，其形狀隨環(huán)境濕度的變化而變化，熱那亞意大利技術研究院的研究人員制造了第一個仿生物的、可生物降解的種子機器人。
該研究的通訊作者Barbara Mazzolai說："我們的研究從觀察自然開始，目的是模仿生物或其結構的策略，并將其復制到機器人技術中，在能源和污染方面對環(huán)境影響較小。"
包括天竺葵在內的天竺葵科開花植物的種子在適當?shù)沫h(huán)境條件下通過分離自己來利用其吸濕性（濕度激活）特性。脫離后，它們會改變形狀并獨立穿透土壤，增加發(fā)芽的機會。
在徹底調查了天然種子的結構和生物力學之后，研究人員使用3D打印和電紡技術的組合來復制它。電紡是一種纖維生產方法，它利用電力將帶電的聚合物拉到纖維直徑大約在一百納米左右。
研究人員使用熔融沉積模型（FDM）打印了一個由聚己內酯（PCL）組成的基底層，PCL是一種可生物降解的熱塑性聚酯，使用氧等離子體激活，使其更具水的吸引力（親水性）。然后，他們在基底上添加了由聚氧化乙烯外殼和纖維素納米晶體核心組成的電紡吸濕纖維。
在測試中，該軟體機器人探索了土壤樣本，調整其形狀以與土壤的粗糙度和裂縫互動。它非常節(jié)能，可以舉起其重量的100倍左右。
研究人員說，這種新穎的設備提供了一種不引人注意地監(jiān)測地球的新方法。
馬佐萊說："通過這項最新的研究，我們進一步證明了創(chuàng)造創(chuàng)新的解決方案是可能的，這些解決方案不僅有監(jiān)測我們星球福祉的目標，而且是在不改變它的情況下進行的。"
研究人員希望，該設備的低成本、簡單設計和數(shù)據收集能力在偏遠地區(qū)將特別有用。該研究的第一作者Luca Cecchini說："這些可生物降解和能源自主的機器人將作為無線、無電池的工具用于地表土壤的勘探和監(jiān)測。這種生物啟發(fā)的方法使我們能夠創(chuàng)造出低成本的儀器，可用于收集具有高空間和時間分辨率的原位數(shù)據，特別是在沒有監(jiān)測數(shù)據的偏遠地區(qū)。"
該研究發(fā)表在《先進科學》雜志上。
