发布时间：2024-08-15 14:26:20 栏目：精选百科
芬兰坦佩雷大学和美国匹兹堡大学的研究人员开发出一种微型机器人，可以模拟枫树种子在空中飘落的舞蹈。未来，这种机器人可用于实时环境监测或运送小样本，即使在沙漠、山脉、悬崖或公海等人迹罕至的地形中也能使用。这项技术可能会改变搜救、濒危物种研究或基础设施监测等领域的游戏规则。
坦佩雷大学教授曾浩和博士研究员杨建锋在他们的光机器人研究小组 中从事物理学、软力学和材料工程交叉领域的研究。他们从大自然中汲取灵感，设计出可用光控制的聚合物滑动结构。
现在，曾和杨与 匹兹堡大学斯旺森工程学院的M. Ravi Shankar 教授合作，利用光激活智能材料来控制人造枫树种子的滑翔模式。在自然界中，枫树借助其翅果或干果中的飞翼分散到新的生长地点。翅膀帮助种子在下落时旋转，使其在微风中滑翔。这些翅膀的形状决定了它们的滑翔路径。
据研究人员介绍，人造枫树种子可以利用光进行主动控制，可以主动调节其在风中的散布，以实现一系列滑翔轨迹。未来，它还可以配备各种微传感器，用于环境监测或用于运送小块土壤样本等。
高科技机器人在适应性上胜过天然种子
研究人员受到芬兰树木滑翔种子种类繁多的启发，每种种子都展现出独特而迷人的飞行模式。他们的基本问题是，这些种子的结构是否可以使用人造材料重新创建，以实现类似的由光控制的空中优雅飞行。
“这些微型光控机器人被设计成释放到大气中，利用被动飞行通过与周围气流的相互作用广泛扩散。它们配备了 GPS 和各种传感器，可以实时监测 pH 值和重金属浓度等当地环境指标，”杨解释说。
受天然枫树翅果的启发，研究团队创造基于偶氮苯的光可变形液晶弹性体，实现可逆的光化学变形，以精细地调节空气动力学特性。
曾说：“人工枫树种子在可调节的终端速度、旋转速率和悬停位置方面优于天然枫树种子，可通过自转增强风力辅助长距离旅行。”
2023 年初，曾和杨在基于光响应材料组装的飞行航空机器人项目 FAIRY 中发布了他们的第一个蒲公英种子状微型机器人。该项目由芬兰研究理事会资助，于 2021 年 9 月启动，并将持续到 2026 年 8 月。
“无论是种子、细菌还是昆虫，大自然都为它们提供了巧妙的模板，让它们移动、觅食和繁殖。这通常通过简单但功能强大的机械设计实现，”Shankar 解释道。
“得益于感光材料的进步，我们几乎可以在分子水平上控制机械行为。我们现在有可能制造微型机器人、无人机和探测器，它们不仅可以到达难以接近的区域，还可以将关键信息传递给用户。这可能会改变搜索和救援、濒危或入侵物种研究或基础设施监测等领域的游戏规则，”他补充道。
2024年6月1日，杨建锋、M. Ravi Shankar、曾浩等人撰写的《光化学响应聚合物薄膜实现可调滑翔飞行》一文在《自然通讯》上发表。
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