Sistemi rover azionati da Marimo
Il potenziale per sfruttare direttamente la fotosintesi per realizzare attuatori, biosensori e bioprocessori è stato precedentemente dimostrato in letteratura. In questo caso, questa capacità è stata ampliata a sistemi più avanzati – Marimo Actuated Rover Systems (MARS) – che sono in grado di muoversi autonomamente, ad energia solare.
Dimostriamo che questa capacità è un’alternativa pratica e praticabile alle piattaforme mobili convenzionali per l’esplorazione e il monitoraggio ambientale dinamico. I prototipi sono stati testati con successo per misurare la loro velocità di marcia e la capacità di aggirare automaticamente gli ostacoli. Inoltre, MARS è elettromagneticamente silenzioso, evitando così il rumore di fondo generato dalle piattaforme elettro/meccaniche convenzionali che riduce la sensibilità dello strumento. Il costo di MARS è notevolmente inferiore rispetto alle piattaforme basate sulla tecnologia convenzionale.
Viene segnalato un rover autonomo, a basso costo, leggero, compatto e alimentato fotosinteticamente. Il potenziale per ulteriori miglioramenti del sistema è identificato e in fase di sviluppo.
I ricercatori hanno trovato un modo per utilizzare direttamente la fotosintesi per alimentare un rover mobile utilizzando un design stampato in 3D.
La fotosintesi è il processo chimico che alla fine fornisce energia per tutta la vita sul pianeta. Le piante e la vita microscopica assorbono l’energia solare, la combinano con la CO2 per produrre energia per se stesse e nel processo rilasciano ossigeno che viene utilizzato da tutta la vita animale.
L’energia solare è spesso utilizzata dalle macchine attraverso una conversione in elettricità per mezzo di pannelli solari. Tuttavia, i componenti necessari per implementare tale processo tendono ad essere pesanti e quindi limitanti le dimensioni di un dispositivo mobile.
Qui i ricercatori hanno cercato un mezzo per utilizzare direttamente la fotosintesi per alimentare un piccolo dispositivo mobile e la loro soluzione è unica.
Come fonte di energia, hanno scelto le alghe. In particolare palline di alghe di 60 mm di diametro chiamate “palline Marimo”. Si tratta di costruzioni fibrose di alghe che si aggregano e si trovano comunemente in tutto il mondo in ambienti umidi.
Essendo verdi e piene di clorofilla, le palle di Marimo svolgono la fotosintesi. Quando sono esposti alla luce solare, generano ossigeno, che tende ad accumularsi sulle loro fibre fino a quando non si staccano o crescono a tal punto che volano via. È su questo fenomeno che i ricercatori hanno capitalizzato.
Il concetto è quello di sfruttare la coppia di rotazione generata da accumuli asimmetrici di ossigeno, che fanno cadere la pallina Marimo. Avvolgendo la palla in una struttura stampata in 3D appositamente progettata, possono far avanzare la combo mentre viene rilasciata l’energia della coppia.
Il progetto risultante è stato soprannominato Marimo Actuated Rover Systems o “MARS”.
I ricercatori hanno sviluppato più progetti per questo concetto, sfruttando la capacità della stampa 3D di scorrere facilmente i progetti. Il loro design MK4 è stato in grado di raggiungere una velocità di 275 mm all’ora. Non è veloce, ma molto notevole per un pezzo di PLA e alcune alghe.
Hanno scoperto che questi rover MARS erano in grado di evitare gli ostacoli e, progettando ingegnosamente le prese d’aria sulla struttura stampata, potevano in qualche modo controllare il movimento del rover. Spiegano:
“Oltre dieci ripetizioni, il rover Mk2 ha viaggiato costantemente fino all’estremità più lontana del container, lontano dalla sorgente di luce. Il rover seguiva spesso un percorso a zigzag con movimenti affiancati alternati. È stato osservato il movimento relativo alle posizioni degli sfiati del gas”.
Sul dispositivo potrebbe essere montata una piccola elettronica, che rappresenta un prototipo per future applicazioni di sensori. Questi minuscoli rover autoalimentati potrebbero attraversare i corsi d’acqua e fornire tutti i tipi di dati interessanti per l’analisi e a un costo molto basso.
Le strutture MARS sono state stampate in 3D in PLA su una Ultimaker S5 e avevano un diametro esterno di 200 mm, facilmente realizzabile praticamente su qualsiasi stampante 3D desktop. La progettazione è stata realizzata in SOLIDWORKS. Evidentemente hanno lucidato manualmente la superficie delle stampe, presumibilmente per garantire una superficie il più liscia possibile consentendo alle minuscole forze di ruotare l’unità.
Anche se questo è uno sviluppo scientifico affascinante, ora mi chiedo se MARS potrebbe diventare anche un’attività per hobby. Si può immaginare una competizione in cui diversi design corrono verso il traguardo.
Sì, è il 21° secolo: le corse delle alghe.
