基于光合作用能量驅(qū)動的3D打印"MARS"漫游車

2022年2月1日，南極熊獲悉，西英格蘭大學(xué)的研究人員使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了一個球形漫游車，該車可以完全使用光合作用來供電。這種Marimo驅(qū)動漫游者系統(tǒng)或"MARS"裝置由封裝在PLA外殼內(nèi)的藻類球組成，該結(jié)構(gòu)能夠在給定區(qū)域積累足夠的氧氣，使漫游車能夠向該方向滾動。該團(tuán)隊表示，利用這種"旋轉(zhuǎn)扭矩"現(xiàn)象，他們的系統(tǒng)可以自主移動，可能使其成為將傳感器帶入人類無法到達(dá)的位置的理想選擇。

△研究人員的3D打印"火星"漫游車。圖片來自西英格蘭大學(xué)。

光合電源

根據(jù)研究人員的說法，許多用于進(jìn)入極端環(huán)境的傳統(tǒng)漫游車都存在"在不確定條件下的穩(wěn)定性和自主操作"的問題。該團(tuán)隊改進(jìn)了現(xiàn)有設(shè)計，研發(fā)了一種潛在方法使他們的電源更加自給自足。在自然界中，光合作用可以機地收集太陽能，生物體收集陽光中的管子能量，作為可靠推進(jìn)的漫游車的理想動力源。研究發(fā)現(xiàn)，綠色植物中實現(xiàn)這一目標(biāo)的葉綠體具有36%的最大光合效率。因此，為了全面優(yōu)化光合作用過程，該團(tuán)隊建議"將光合作用與人類工程學(xué)相結(jié)合"，以產(chǎn)生一種新型的自主漫游車，不僅可以遠(yuǎn)程導(dǎo)航，而且不需要不斷加油。

△3D打印漫游車被證明能夠在測試過程中避開障礙物。圖片來自西英格蘭大學(xué)。

"MARS"Marimo Ball

從本質(zhì)上講，研究人員的光合驅(qū)動的方法借助了Marimo藻類，它自然地聚集在淡水河流中。在自然界中，植物生命在洋流之間可觀察地上升和下降，因為它的絲狀結(jié)構(gòu)和自然發(fā)生的內(nèi)部隔室吸引氣泡，這些氣泡周期性地將其提升到表面，然后消散，導(dǎo)致其下沉。當(dāng)將藻類集成到部分Ultimaker S5-3D打印的球體中時，這些球的光合作用不對稱地產(chǎn)生足夠的氧氣，以移動設(shè)備。

"Marimo Ball是球形的，這有利于在三維空間中自由移動，"科學(xué)家們在他們的論文中解釋說。"與水相比，氣體的低密度意味著氣體以氣泡的形式上升，以最小化其整體勢能（PE）。隨著被困氣體的體積隨著時間的推移而增加，峰值旋轉(zhuǎn)扭矩增加，直到實現(xiàn)運動。同樣，研究人員發(fā)現(xiàn)，那些在五角形外殼中含有分裂的Marimo球的人實現(xiàn)了最佳的氣體釋放，而他們最快的迭代能夠以每小時275毫米的速度行進(jìn)。

"MARS平臺的潛在應(yīng)用包括所有對移動速度不敏感的工作"科學(xué)家們在他們的論文中總結(jié)道。"例如，戰(zhàn)略性水采樣和水質(zhì)監(jiān)測，地下深處礦井的檢查，水下生物勘探，魚類群的研究和控制或生態(tài)研究。

△3D打印部件現(xiàn)在可以足夠堅固，可以在苛刻的外部應(yīng)用中部署。圖片來自MakerBot。

自主3D打印車輛

隨著3D打印與超耐磨材料的發(fā)展，該技術(shù)在全地形車生產(chǎn)中的應(yīng)用也在不斷增長，全地形車的設(shè)計足夠堅固，可以應(yīng)用到眾多極端環(huán)境中。在去年年底，洛克希德·馬丁公司使用MakerBot 3D打印來開發(fā)和測試人工智能月球車。該飛行器的系統(tǒng)外殼和傳感器支架專為NASA返回月球任務(wù)期間部署而設(shè)計，由耐用的ABS制成，據(jù)說可以使其具有抗紫外線，耐熱性和防潮性。與此同時，在中國天津大學(xué)，研究人員提出了一種3D打印的爬管機器人，專為在陸地上的移動而開發(fā)。這款微型機器人具有一系列柔軟的彎曲機構(gòu)和模塊化夾具，能夠爬上形狀奇特的基礎(chǔ)設(shè)施，并修復(fù)原本難以進(jìn)入的管道。