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基于光合作用能量驱动的3D打印"MARS"漫游车

2022-02-11 11:41:05

2022年2月1日,西英格兰大学的研究人员使用3D打印技术创建了一个球形漫游车,该车可以完全使用光合作用来供电。这种Marimo驱动漫游者系统或"MARS"装置由封装在PLA外壳内的藻类球组成,该结构能够在给定区域积累足够的氧气,使漫游车能够向该方向滚动。该团队表示,利用这种"旋转扭矩"现象,他们的系统可以自主移动,可能使其成为将传感器带入人类无法到达的位置的理想选择。

 

△ 研究人员的3D打印"火星"漫游车
 
光合电源
 
根据研究人员的说法,许多用于进入极端环境的传统漫游车都存在"在不确定条件下的稳定性和自主操作"的问题。该团队改进了现有设计,研发了一种潜在方法使他们的电源更加自给自足。在自然界中,光合作用可以机地收集太阳能,生物体收集阳光中的管子能量,作为可靠推进的漫游车的理想动力源。研究发现,绿色植物中实现这一目标的叶绿体具有36%的最大光合效率。因此,为了全面优化光合作用过程,该团队建议"将光合作用与人类工程学相结合",以产生一种新型的自主漫游车,不仅可以远程导航,而且不需要不断加油。
 
△ 3D打印漫游车被证明能够在测试过程中避开障碍物


"MARS"Marimo Ball
        

从本质上讲,研究人员的光合驱动的方法借助了Marimo藻类,它自然地聚集在淡水河流中。在自然界中,植物生命在洋流之间可观察地上升和下降,因为它的丝状结构和自然发生的内部隔室吸引气泡,这些气泡周期性地将其提升到表面,然后消散,导致其下沉。当将藻类集成到部分UltimakerS5-3D打印的球体中时,这些球的光合作用不对称地产生足够的氧气,以移动设备。

  "Marimo Ball是球形的,这有利于在三维空间中自由移动,"科学家们在他们的论文中解释说。"与水相比,气体的低密度意味着气体以气泡的形式上升,以最小化其整体势能(PE)。随着被困气体的体积随着时间的推移而增加,峰值旋转扭矩增加,直到实现运动。同样,研究人员发现,那些在五角形外壳中含有分裂的Marimo球的人实现了最佳的气体释放,而他们最快的迭代能够以每小时275毫米的速度行进。
       

 "MARS平台的潜在应用包括所有对移动速度不敏感的工作"科学家们在他们的论文中总结道。"例如,战略性水采样和水质监测,地下深处矿井的检查,水下生物勘探,鱼类群的研究和控制或生态研究。

△3D打印部件现在可以足够坚固,可以在苛刻的外部应用中部署


自主3D打印车辆
       

随着3D打印与超耐磨材料的发展,该技术在全地形车生产中的应用也在不断增长,全地形车的设计足够坚固,可以应用到众多极端环境中。在去年年底,洛克希德·马丁公司使用MakerBot 3D打印来开发和测试人工智能月球车。该飞行器的系统外壳和传感器支架专为NASA返回月球任务期间部署而设计,由耐用的ABS制成,据说可以使其具有抗紫外线,耐热性和防潮性。与此同时,在中国天津大学,研究人员提出了一种3D打印的爬管机器人,专为在陆地上的移动而开发。这款微型机器人具有一系列柔软的弯曲机构和模块化夹具,能够爬上形状奇特的基础设施,并修复原本难以进入的管道。

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