Un robot de semences biodégradable imprimé en 3D peut changer de forme en réponse à l’humidité du sol

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Un robot en forme de graine avec la capacité d’explorer le sol en fonction des changements d’humidité. Il est fait de matériaux biodégradables et est capable de se déplacer dans l’environnement sans avoir besoin de piles ou d’autres sources d’alimentation externes. Telles sont les principales caractéristiques du premier je plantele premier robot graine imprimé en 3D créé en Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Institut italien de technologie) à Gênespar mes chercheurs Laboratoire de Robotique Douce Bioinspirée (BSR) En coordination avec Barbara Mazzolai, en collaboration avec Université de Trente. Les graines synthétiques sont capables de se transformer et de se déplacer dans l’environnement de manière autonome, et peuvent trouver des applications dans divers domaines, de la surveillance environnementale au reboisement.

Le document de recherche décrivant le prototype a été publié dans science avancée figurait sur sa couverture. Le résultat est issu du projet européen I-Seed, coordonné par l’IIT, dont l’objectif principal est de créer des robots innovants inspirés des graines de plantes et capables d’agir comme des capteurs pour surveiller les paramètres de qualité du sol – y compris la présence de polluants comme le mercure – et de l’air mesures telles que les niveaux de dioxyde de carbone, la température et l’humidité. Le projet I-Seed a démarré en janvier 2021.

Le premier I-Seed s’inspire de la structure des graines des géraniums sud-africains, W Pélargonium appendicedont la capacité à changer de forme en réponse aux changements d’humidité dans le milieu environnant, la structure dite hydratée, se répète.

« Nos études sont parties de l’observation de la nature, visant à imiter les stratégies ou les structures des organismes vivants et à les répliquer dans des technologies robotiques à faible impact environnemental en termes d’énergie et de pollution.a expliqué Barbara Mazolai, directrice associée de la robotique à l’Institut international de technologie et coordinatrice du projet I-Seed financé par l’UE.

Les plantes sont une source d’inspiration constante pour le groupe de recherche du laboratoire IIT-BSR que coordonne Mazzolai, pionnier en la matière. Après avoir simulé les stratégies de croissance et de déplacement des porte-greffes et des plantes grimpantes, le groupe s’est concentré sur l’étude des propriétés de déplacement et de dispersion des structures porte-graines typiques des Gérianacées.

Lorsque les conditions environnementales appropriées se présentent, ces graines se détachent de la plante, exploitent les propriétés hygroscopiques des matériaux qui les composent, changent de forme et se déplacent indépendamment pour explorer et pénétrer le sol, ce qui augmente les chances de germination. Ce que les chercheurs ont trouvé intéressant, c’est que ces graines exploitent les tissus morts à base de cellulose qui manquent de métabolisme et sont capables de se déformer, et n’exploitent que les changements d’humidité environnementale.

En analysant ces tissus de manière histologique, les chercheurs ont reproduit la conception de la graine en utilisant et en combinant des techniques d’impression 3D et d’électrofilage. Pour déterminer les meilleures solutions, différents matériaux aux propriétés adaptables à l’application souhaitée ont été testés, tels que des matériaux capables d’absorber l’humidité et de se dilater tels que les nanocristaux de cellulose et l’oxyde de polyéthylène, ainsi que des polymères biodégradables et des thermoplastiques à base de polycaprolactone.

« avec cette dernière recherche – Mazzolai ajouté – Nous avons également démontré qu’il est possible de créer des solutions innovantes qui visent non seulement à surveiller le bien-être de notre planète, mais aussi à le faire sans l’altérer.« .

« Ces robots biodégradables et autonomes en énergie seront utilisés comme outils sans fil et sans batterie pour explorer et surveiller la couche arable. Cette approche dynamique nous a permis de créer des outils peu coûteux qui peuvent être utilisés pour collecter des données sur site avec une résolution spatiale et temporelle élevée, en particulier dans les zones reculées où aucune donnée de surveillance n’est disponible,a ajouté Luca Cecchini, doctorant à l’IIT en collaboration avec l’Université de Trente et premier auteur de l’étude.

référence: Cecchini L, Mariani S, Ronzan M, Mondini A, Pugno NM, Mazzolai B. Impression 4D de robots mous inspirés par l’humidité. Adv C. 2023 ; 10 (9): 2370048. doi: 10.1002 / chercher 202370048

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