白皮松种子（白皮松种子图片）

原副标题：三校密切合作！Nature宣传照：会钻地的石材机器，布署人造种籽，助推睿智收割！

种籽还能自发性钻土？这正是大大自然的神奇之处。有种名叫牻蚂蚁河（Erodium）的植物长着“钻孔形”种籽，会在下雨或湿度增高时，把原本螺旋普增的皮肤展开，将种籽头推入土里，进而免于被鸟类等动物猎食，也免受恶劣自然环境的影响，使种籽更易于发芽幼苗。

受“钻孔形”种籽的启迪，卡内基卡内基理工学院姚力宁教授、浙江理工学院权杖云科学研究员联合宾夕法尼亚理工学院、罗彻斯特理工学院的科学研究相关人员内部结构设计了一种基于酒桶夹趾性的机器（以下简称“E-seed”）作为种籽媒介用于高空收割，在平缓土地上的种籽钻孔错误率为 80%。机器适用于于在人类难以进入的地区展开高空收割，将为农业收割、植被种植、自然环境检测、生态修复提供更多新途径。

E-seed自发性钻土操作过程

2023年2月15日，项目组在Nature期刊发表了题为：Autonomous self-burying seed carriers for aerial seeding 的科学研究学术论文，该学术论文还被选为超额宣传照学术论文。

Autonomous self-burying seed carriers for aerial seeding. Na

▍灵感源于大自然 金属材料Seyches大自然 内部结构胜过大自然

项目组分析了牻蚂蚁河种籽在适应干旱气候时进化出的奇特的自发性钻土机制。牻蚂蚁河种籽的皮肤像钻孔般紧密缠绕，前部有一个Plectotropis卷曲的四肢。当遇到水气时，钻孔般的皮肤吸水后展开并不断旋转，进而使种籽头部埋于土中。

科学研究项目组受此启迪，对人造种籽媒介E-seed的金属材料和内部结构展开内部结构设计，最终密切合作开发了一套主要包括化学清洗和定型等三步流程来制造种籽媒介。

人造E-seed种籽与牻蚂蚁河（Erodium）种籽对比

大自然界牻蚂蚁河种籽的成功钻土操作过程对沉积物和大自然自然环境要求较高，为了使人造种籽媒介E-seed适用于于更广泛的自然环境，科学研究项目组密切合作开发了带有三条四肢的E-seed，它能更有效地推动自身的直立提升钻土错误率，进而胜过牻蚂蚁河种籽的性能。另外，E-seed也可以透过改变种籽皮肤大小不一、订制双螺旋内部结构等实现不同场景的需求。

订制版E-seed

在相同的试验条件下，鼬种籽媒介的表现明显好于为丛藓科扭口藓种籽和其他四种纯天然亚种的夹趾种籽，在相对平缓的沉积物上优势更为明显。在这里提出的工程解决方案受到大自然的启迪，但根据特定的地形和酬载，主要包括不同的种籽、共生亚种和有益的寄生虫，提供更多了灵活性。与现有的生物和合成湿态执行器相比，该系统最大卷曲截面为1854 m−1，是已报道的木质卷曲执行器的45倍，并且具有相当大的剪切模量(约4.9 GPa)。

人造内部结构设计的便携式“钻孔”的种籽媒介（图源于Nature ）

种籽媒介几何参数内部结构设计（图源于Nature ）

▍效用在大自然中检验 意义惠及大自然

在研制操作过程中，项目组透过大批的自然环境受试来验证人造种籽媒介E-seed对钻土和幼苗的促进效用。为了进一步了解实际应用的可行性，科学研究相关人员同时对人造种籽媒介展开了大批的实地测试。

鼬媒介在两次触发循环后，在流石滩的钻地错误率为80%，这得益于其前部截叶的有利加水角度(25°-30°)，而纯天然Erodium种籽的错误率为0%。库季可运载各种大小不一的酬载和内容物，主要包括孵化器和柳树种籽大小不一的植亚种籽，长度约11毫米，重量约72毫克。透过对实验统计数据和数值模拟统计数据的比较，阐明了截面变换和驱动机理，为种籽媒介的内部结构设计和优化提供更多了指导。

E-seed种籽幼苗测试

除了种籽之外，科学研究相关人员证明了他们可以使用E-seed来传播被用作纯天然杀虫剂的微生物、肥料和真菌。这种生物工程技术在现实世界中的应用，对推进生态内部结构设计至关重要，可以解决多种问题，比如避免山体滑坡、减少亚种入侵、助推植被恢复等。E-seed还可以植入传感器，并用于自然环境监测、协助大自然勘探等，还能在能源收集、软机器和可持续建筑方面有潜在的应用。

E-seed可植入无线传感器

学术论文原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05656-3返回搜狐，查看更多

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