Dieser 4D-gedruckte Samenroboter kann die Boden- und Luftqualität analysieren

Im Italienischen Institut für Technologie (ITT) gibt es ein Labor für bio-inspirierte Robotik. Diese Abteilung hat es sich zur Aufgabe gemacht, neue, innovative Lösungen zu entwerfen und zu entwickeln und sich dabei von der Natur inspirieren zu lassen. Im Jahr 2021 wurde das Projekt I-Seed ins Leben gerufen, um eine neue Generation von flexiblen, autonomen und biologisch abbaubaren Miniaturrobotern mithilfe des 4D-Drucks zu entwickeln. Diese Roboter sind von Pflanzensamen inspiriert. Durch die Verschmelzung von wissenschaftlicher Forschung und technologischem Design will das Labor die Umgebungen der Luft und des Oberbodens, dem Teil des Bodens, in dem Pflanzen die für ihr Überleben notwendigen Nährstoffe finden, analysieren und überwachen.

Die Entwicklung dieser biologisch abbaubaren Roboter erfolgt in Zusammenarbeit mit der Universität Trento in Italien. Den für das Projekt verantwortlichen Forschern zufolge ist der Saatroboter in der Lage, die Temperatur oder Feuchtigkeit des Bodens und der Luft zu bestimmen. Er soll auch in der Lage sein, das Vorhandensein von Schadstoffen wie Quecksilber oder den CO2-Gehalt in der Atmosphäre zu erkennen. Der erste entwickelte I-Seed ist von der hygromorphen Struktur einer südafrikanischen Geranie, der Pelargonium appendiculatum, inspiriert.

Der Saatroboter verändert seine Morphologie in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit (Bild: Italienisches Institut für Technologie)

Ein autonomer und biologisch abbaubarer Samenroboter

Diese Pflanze verhält sich auf eine bestimmte Weise. Wenn die Umweltbedingungen stimmen, lösen sich ihre Samen. Ihre hygroskopischen Eigenschaften, d. h. die Aufnahme von Feuchtigkeit, ermöglichen es ihnen, ihre Form zu verändern und sich zu bewegen, um den Boden zu erforschen und zu durchdringen. Dadurch wird die Keimung der Pflanze gefördert. Um den Samenroboter zu entwerfen, führten die Forscher eine morphometrische, histologische und biomechanische Untersuchung der Pelargonium appendiculatum durch, um ihr Verhalten vorherzusagen. Anschließend nutzten die Forscher die biomechanischen Spezifikationen, um den Samenroboter zu modellieren und herzustellen. Wie bereits erläutert, gaben die Forscher an, den Roboter mithilfe des 4D-Drucks hergestellt zu haben.

Sie verwendeten das FDM-Verfahren mit biologisch abbaubaren Polymeren auf der Basis von Polycaprolacton, einem Polyester, der bei der Herstellung von speziellen Polyurethanen verwendet wird. Dieses Material ist für seine gute Wasserbeständigkeit bekannt. Die Extrusionslösung wurde mit einer Elektrospinntechnik für hygroskopische Fasern gekoppelt, die aus einem Polyethylenoxid (PEO) und einem Kern aus Zellulose-Nanokristallen bestehen. Den Forschern zufolge haben die künstlichen und natürlichen Samen vergleichbare geometrische Abmessungen und biomechanische Leistungen. Das Projekt könnte also dazu beitragen, Böden besser zu analysieren und zu erhalten. „Diese energieautarken Roboter sollen als draht- und batterielose Werkzeuge zur Erforschung und Überwachung von Oberflächenböden eingesetzt werden. Mit diesem bio-inspirierten Ansatz konnten wir kostengünstige Instrumente entwickeln, die zur Erhebung von In-situ-Daten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung eingesetzt werden können, insbesondere in abgelegenen Gebieten, in denen keine Überwachungsdaten verfügbar sind„, sagte Luca Cecchini, Doktorand am IIT in Zusammenarbeit mit der Universität Trient und Erstautor der Studie. Um mehr über diesen Samenroboter zu erfahren, wurde ein Forschungsartikel in der Zeitschrift Advanced Science veröffentlicht. Sie können ihn sich  HIER ansehen.

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*Titelbildnachweis: Institut italien de Technologie