Было разработано несколько биогибридных систем с использованием микроорганизмов (например, бактерий, грибов, водорослей), тканей (кардиомиоцитов, скелетных мышц, тканей беспозвоночных) или всего тела животного в качестве киборгов (например, насекомых, медуз). Сообщалось о некоторых примерах саморассасывающихся машин, вдохновленных растениями, например, имитирующих семейство гераниевых Geraniaceae.

Миниатюрные, биотехнологические и/или биогибридные машины могут обеспечить точный доступ к замкнутым пространствам в реальных условиях. В последнее время миниатюрные машины, вдохновленные растениями, вызывают растущий интерес к приложениям в мягкой и микроробототехнике, исследовании космоса, защите окружающей среды и сельском хозяйстве.

В царстве растений плоды и семена мелких растений развили несколько механизмов распространения, улучшающих прорастание и завершающих их жизненный цикл. 

Хотя у них отсутствует активный метаболизм, самозакапывающиеся плоды и семена могут создавать движение, реагируя на изменения влажности окружающей среды, чтобы эффективно закапывать почву перед прорастанием. 

В частности, овсюги являются одним из наиболее широко распространенных видов трав из-за их очень эффективных механизмов распространения семян за счет комбинированного скручивания / изгиба и повторяющихся щелкающих движений двух взаимодействующих сестринских остей, что позволяет им колонизировать несколько местообитаний в Азии, Европе и Африке. 

Исследователи из Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Итальянский технологический институт) в сотрудничестве с Фрайбургским университетом разработали биогибридного разлагаемого робота, который имитирует уникальный механизм распространения семян Avena.

Биогибридные системы со встроенными частями плодового тела до сих пор не использовались, хотя они могут привести к созданию новой категории, где части плодов используются в качестве биологических приводов для автономного исследования и взаимодействия со сложными неструктурированными сценариями реального мира.

«Мы выбрали сорного овса бесплодного или овса средиземноморского Avena sterilis L. в качестве биологической модели для этого исследования из-за их уникального механизма распространения семян. Плодовое тело состоит из пассивной капсулы и двух гигроскопически чувствительных остей. Мы провели морфометрический анализ и отметили, что плоды Avena sterilis L. полностью покрыты направленно направленными волосками, которые становятся тоньше и острее по мере приближения к кончику капсулы, достигая диаметра кончика 42 ± 5 мкм. Вместо этого две сестринские ости состоят из двух функциональных частей: скручивающейся базовой балки и сгибающейся хвостовой части. Точнее, ости состоят из мертвых тканей, и при переходе из сухих условий во влажные клетки базовой балки наклоняются, выравниваясь вокруг длинной оси ости, тогда как изгиб хвоста обусловлен структурным соединением в точке перегиба, соединяющей базовую балку и хвост. Результирующее движение вызывает контакт между сестринскими остями и окружающей средой, что, в конечном итоге, позволяет плодам передвигаться посредством многократных прыжков по земле и проникновения в почву. Ости вращаются, пересекаются и накапливают упругую энергию, которая при высвобождении приводит капсулу в движение. Их движения продолжаются до тех пор, пока без какого-либо контроля растение не заползет в трещину в земле, где и остановится, позволяя семени прорасти», рассказывают исследователи.

Ученые разработали биогибридного робота, который состоит из капсулы на основе муки, созданной с использованием методов 3D-микропроизводства, и двух натуральных придатков остей овса бесплодного, способных двигаться в зависимости от влажности воздуха.

Это новое устройство, получившее название HybriBot, может вмещать натуральные семена различных растений – лесных, полевых, сельскохозяйственных. Исследовательская группа уже провела положительные тесты на семенах томатов, цикория и иван-чая, последний относится к любимцам пчел, и все растения благополучно взошли. Кроме того, устройство успешно доставило биоуголь для подкормки почвы. 

Искусственная капсула весит 60 мг, что примерно в 3 раза превышает естественный вес семени. Она изготовлена из муки, покрытой этилцеллюлозой, чтобы сделать конструкцию водонепроницаемой и устойчивой. По готовности капсулу можно легко наполнить семенами растений и удобрениями. 

На изобретение подана патентная заявка. Работа опубликована в Advanced Materials.

Источник и фото: Italian Institute of Technology. Фото: Istituto Italiano di Tecnologia/University of Freiburg.

Оригинал статьи на AgroXXI.ru
Читать полностью: 
https://www.agroxxi.ru/zhurnal-agroxxi/novosti-nauki/biogibridnyi-robot-s-mehanikoi-ovsyuga-dostavljaet-udobrenija-i-semena-bez-vmeshatelstva-cheloveka.html