Investigadores italianos han creado un novedoso robot blando biodegradable impreso en 4D con forma de semilla que cambia de forma en respuesta a los cambios de humedad y puede desplazarse por el suelo. El dispositivo tiene un gran potencial como nueva forma de monitorizar el medio ambiente.
La impresión 4D es el proceso de usar la impresión 3D para crear objetos que pueden cambiar su forma o propiedades en respuesta a factores ambientales como la luz y la temperatura. Si quieres conocer más sobre la impresión 4D puedes consultar este artículo.
Ahora, la tecnología 4D se ha usado para crear un robot blando capaz de analizar el suelo. Inspirándose en la estructura de la semilla del geranio de Sudáfrica, que cambia de forma en respuesta a la humedad ambiental, investigadores del Istituto Italiano di Tecnologia de Génova fabricaron el primer robot biomimético y biodegradable para semillas.
Nuestros estudios partieron de la observación de la naturaleza, con el objetivo de imitar las estrategias de los seres vivos o sus estructuras y replicarlas en tecnologías robóticas de bajo impacto ambiental en términos de energía y contaminación.
Barbara Mazzolai, autora del estudio.
Las semillas de la familia Gerianaceae de plantas con flores, que incluye los geranios, explotan sus propiedades higroscópicas (activadas por la humedad) desprendiéndose si se dan las condiciones ambientales adecuadas. Tras desprenderse, cambian de forma y penetran en el suelo de forma independiente, aumentando las posibilidades de germinación.
Tras investigar a fondo la estructura y biomecánica de la semilla natural, los investigadores la reprodujeron utilizando una combinación de técnicas de impresión 3D y electrospinning. El electrospinning es un método de producción de fibras que utiliza la fuerza eléctrica para arrastrar polímeros cargados hasta diámetros de fibra, del orden de unos cientos de nanómetros.
Los investigadores utilizaron el modelado por deposición fundida (FDM) para imprimir una capa de sustrato compuesta de policaprolactona (PCL), un poliéster termoplástico biodegradable, que se activó mediante plasma de oxígeno para hacerlo más atractivo para el agua (hidrófilo). A continuación, añadieron al sustrato fibras higroscópicas electrospun compuestas por una cubierta de óxido de polietileno y un núcleo de nanocristales de celulosa.
Al probarlo, el robot blando exploró una muestra de suelo, adaptando su forma para interactuar con sus rugosidades y grietas. Su consumo de energía era muy eficiente y podía levantar unas 100 veces su peso.
Con esta última investigación, hemos demostrado una vez más que es posible crear soluciones innovadoras que no sólo tengan como objetivo vigilar el bienestar de nuestro planeta, sino que lo hagan sin alterarlo.
Barbara Mazzolai
Los investigadores confían en que el bajo coste, el diseño sencillo y la capacidad de recogida de datos del dispositivo sean especialmente útiles en zonas remotas.
Estos robots biodegradables y autónomos desde el punto de vista energético se utilizarán como herramientas inalámbricas y sin pilas para explorar y vigilar la superficie del suelo. Este enfoque bioinspirado nos ha permitido crear instrumentos de bajo coste que pueden utilizarse para recoger datos in situ con alta resolución espacial y temporal, especialmente en zonas remotas donde no se dispone de datos de seguimiento.
Luca Cecchini, primer autor del estudio.
Vía opentalk.iit.it
Referencias: Luca Cecchini, Stefano Mariani, Marilena Ronzan, Alessio Mondini, Nicola M. Pugno, Barbara Mazzolai. 4D Printing of Humidity-Driven Seed Inspired Soft Robots. Advanced Science, 2023; DOI: 10.1002/advs.202205146
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