Robot in 4D đầu tiên thay đổi hình dạng để quan trắc môi trường

Các nhà nghiên cứu ở Ý đã chế tạo được robot in 4D mềm phân hủy sinh học, trông như hạt giống, có thể thay đổi hình dạng để đáp ứng với những thay đổi độ ẩm và di chuyển trong đất. Thiết bị có tiềm năng lớn ứng dụng để quan trắc môi trường.

In 4D là quá trình sử dụng in 3D để tạo ra các đồ vật thay đổi hình dạng hoặc tính chất nhằm đáp ứng các yếu tố môi trường như ánh sáng và nhiệt độ. Trước đây, in 4D đã từng được sử dụng để tạo nên các công nghệ vật liệu có thể lập trình và tự lắp ráp. Giờ đây, công nghệ 4D đã giúp chế tạo robot mềm với khả năng phân tích đất. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Italia đã chế tạo robot hạt giống đầu tiên mô phỏng sinh học và phân hủy sinh học, lấy cảm hứng từ cấu trúc hạt của cây phong lữ Nam Phi (Pelargonium appendiculatum), loại cây thay đổi hình dạng trước tác động của độ ẩm môi trường.

Hạt của Gerianaceae, họ thực vật có hoa như phong lữ thảo, khai thác các đặc tính hút ẩm (kích hoạt độ ẩm) bằng cách tự tách ra trong điều kiện môi trường thích hợp. Sau khi tách ra, hạt thay đổi hình dạng và xâm nhập vào đất, làm tăng cơ hội nảy mầm.

Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng cấu trúc và cơ chế sinh học của hạt giống tự nhiên, các nhà khoa học đã mô phỏng hạt giống bằng cách sử dụng kết hợp kỹ thuật in 3D và kỹ thuật quay điện. Quay điện là phương pháp sản xuất sợi sử dụng lực điện để kéo các polime tích điện bằng đường kính sợi cỡ vài trăm nanomet.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình lắng đọng nóng chảy (FDM) để in lớp chất nền bao gồm polycaprolactone (PCL), polyester nhiệt dẻo có thể phân hủy sinh học, được kích hoạt bằng cách sử dụng plasma oxy để lớp chất nền ưa nước hơn. Sau đó, các nhà khoa học bổ sung vào chất nền sợi hút ẩm quay điện, bao gồm vỏ oxit polyetylen và lõi tinh thể nano xenlulô.

Khi thử nghiệm, robot mềm đã khám phá một mẫu đất bằng cách điều chỉnh hình dạng để tương tác với độ nhám và vết nứt của nó. Robot sử dụng năng lượng rất hiệu quả và có thể tăng khoảng 100 lần trọng lượng của nó.

Luca Cecchini, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Robot có khả năng phân hủy sinh học và tự chủ về năng lượng sẽ được sử dụng làm công cụ không dây, không dùng pin để thăm dò và quan trắc đất bề mặt. Cách tiếp cận sinh học này đã cho phép tạo ra các công cụ chi phí thấp dùng để thu thập dữ liệu tại chỗ với độ phân giải không gian và thời gian cao, đặc biệt là ở các vùng sâu vùng xa nơi không có dữ liệu quan trắc”. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Science.

N.P.D (NASATI), theo https://newatlas.com/environment/first-4d-printed-biodegradable-seed-robot-monitor-soil/, 19/4/2023