自卫新动作植物如何启发未来的软机器人设计

对于植物来说，净化空气、提供食物和药物以及保护我们的生态系统只是日常工作。然而，在卡内基梅隆大学机械工程系，人们正在以新的方式研究植物，以启发未来的生物混合软机器人设计。

“植物是一个与飞机、火车和汽车非常相似的系统，”机械工程教授 Phil LeDuc 解释道。“我们希望了解植物的机械系统，尤其是它们的传感和信号行为，以便将它们整合到生物混合系统中。”

最近发表在《先进科学》杂志上的一项研究以含羞草为研究对象，当受到触碰、风、温度和其他各种刺激时，含羞草的叶子会迅速闭合。研究人员推测，这种反应可能是一种进化优势，可以抵御掠食者。

机械工程系博士候选人亚历克斯·纳格利奇 (Alex Naglich) 观察了含羞草对三种不同机械刺激的反应，以更好地了解其宏观行为。为了模仿捕食者，纳格利奇从植物上剪下一簇叶子，并观察到附近的簇立即折叠在一起，似乎是在进行自卫。

当纳格利奇戳动植物的一片叶子以产生轻微的扰动(如昆虫可能引起的扰动)时，只有受影响的叶子会折叠。然而，经过反复戳动后，整个植物的叶子一片接一片地折叠起来。在最后的测试中，纳格利奇使用空气脉冲来模拟风，发现只有直接受到空气脉冲影响的叶子才会折叠。

“当含羞草折叠时，光合作用效率会降低，因此它不愿意保持折叠状态也是有道理的，”纳格利奇说。“如果微风只吹过几片叶子，为什么要把整株植物都遮起来呢?”

虽然“智能”植物体积小、功率密度高、效率高，使其成为生物混合执行器的有希望的选择，但纳格利奇也相信它的响应系统可以成为改善农业健康监测的基础。

“如果我们能够继续探索这种植物的智慧，即它区分威胁并做出相应反应的能力，我们就可以将其与电子设备结合起来，创建一个生物混合传感器，并将其放置在农作物中，这样当田地发生干扰时，农民就可以实时收到通知。”

展望未来，该实验室计划探索含羞草的物理结构如何影响其行为。

“说到生物混合机器人研究，有很多自然发生的机制可以推动该领域的发展，我们只是还没有研究它们，”勒杜克说。“植物是那些复杂而精密的系统之一，我们需要进行更多的研究。”