Роботы-водомерки мониторят рисовые поля и превращаются в удобрения

Исследование под названием "Edible aquatic robots with Marangoni propulsion" было проведено командой из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL, Швейцария) в рамках проекта RoboFood. Ученые доказали, что робототехника может обходиться без пластика и металлов, создавая "одноразовые" датчики.

Для создания прочного, но съедобного корпуса инженеры использовали концентрированный сублимированный корм для рыб. Чтобы робот длиной около 5 см держал форму на воде, содержание растительного белка увеличили на 30%, а количество жиров снизили на 8%. Плавающие элементы, лопасти и поплавки изготовлены из желатина и пищевого воска.

Роботы движутся за счет эффекта Марангони, который в природе используют насекомые-водомерки. Внутри корпуса находится крошечная камера с топливом — безопасным для фауны сурфактантом на основе пищевого спирта. Попадая на водную гладь рисового чека, робот выделяет этот раствор, что позволяет ему автономно скользить по поверхности.

Ученые создали версии роботов для "левого" и "правого" поворота, что позволяет им хаотично рассредотачиваться по всему рисовому полю. В лабораторных тестах в желатиновую структуру интегрировали биоразлагаемые датчики, фиксирующие температуру и кислотность (pH). Эти датчики работают как пассивные индикаторы, меняя цвет или оптические свойства при изменении химического состава воды.

Роботы-водомерки измеряют уровень кислотности воды (pH) в диапазоне от 5.5 до 8.5. Для риса оптимальная кислотность составляет 6.0–7.0. Если pH падает, корни риса перестают усваивать фосфор и азот, а если растет, это сигнализирует о бурном росте сорных водорослей.

Кроме того, роботы фиксируют температурные аномалии стоячей воды с точностью до 0.5 °C. Вода на рисовых чеках работает как тепловой буфер, и роботы наносят на карту поля зоны застоя горячей или холодной воды, подсказывая фермеру, где нужно усилить циркуляцию или долить свежую воду.

Роботы также измеряют наличие специфических ферментов и соединений, выделяемых личинками насекомых в воду. Основные враги риса — рисовая огневка и цикадки. Их личинки подгрызают стебли прямо у кромки воды. Ученые интегрировали в корпус робота биосенсоры, которые реагируют на микродозы хитиназы и других экскретов вредителей, позволяя дронам заметить локальный очаг заражения до того, как пострадает все поле.

По сути, эти роботы собирают "химическую карту" воды на поле. Дроны фотографируют плывущих водомерок сверху, фиксируют их цвет или оптический сигнал и выдают фермеру готовый отчет: где нужно подкормить рис, а где срочно обработать от вредителей.

После того как запас спирта иссякает, запускается процесс автолиза. Желатин и корм начинают впитывать воду и размягчаться. Локальная экосистема поля воспринимает роботов как пищу: их без вреда для здоровья съедают рыбы или водоплавающие птицы. Если робота никто не съел, он за несколько дней полностью растворяется, распадаясь на азотистые соединения, и служит отличным органическим удобрением для корневой системы риса.