Một robot thủy sinh thân thiện với môi trường làm từ thức ăn cho cá hứa hẹn sẽ có ích cho việc giám sát môi trường
Celia Luterbacher, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Đặc điểm của robot thủy sinh ăn được. Nguồn: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59559-8
Một robot ăn được do các nhà khoa học EPFL chế tạo tận dụng sự kết hợp giữa nhiên liệu phân hủy sinh học và sức căng bề mặt để di chuyển trên bề mặt nước, tạo ra một giải pháp thay thế an toàn và bổ dưỡng cho các thiết bị giám sát môi trường làm từ polyme nhân tạo và thiết bị điện tử.
Một bài báo mô tả công trình này được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Robot hình thuyền này tận dụng cùng một hiện tượng—hiệu ứng Marangoni—mà một số loài côn trùng thủy sinh sử dụng để đẩy mình trên bề mặt nước. Một phản ứng hóa học bên trong một khoang nhỏ có thể tháo rời tạo ra khí carbon dioxide, sau đó đi vào kênh nhiên liệu, đẩy nhiên liệu ra ngoài. Sự giảm đột ngột sức căng bề mặt nước do nhiên liệu phun ra sau đó đẩy robot về phía trước.
Thiết kế thông minh này không chỉ hiệu quả, cho phép robot di chuyển tự do trên bề mặt nước trong vài phút mà còn hoàn toàn không độc hại và có thể phân hủy sinh học. Thật vậy, một số người có thể nhận ra các thành phần của phản ứng hóa học kích hoạt, axit xitric và natri bicarbonate, giống như những thành phần được sử dụng trong một thí nghiệm khoa học thông thường ở trường liên quan đến núi lửa. Nhiên liệu là propylene glycol—một chất lỏng thường thấy trong các sản phẩm chăm sóc da.
"Mặc dù quá trình phát triển robot bơi thu nhỏ cho môi trường tự nhiên đã tiến triển nhanh chóng, nhưng chúng thường dựa vào nhựa, pin và các thiết bị điện tử khác, gây ra thách thức cho việc triển khai hàng loạt trong các hệ sinh thái nhạy cảm", nghiên cứu sinh tiến sĩ Shuhang Zhang của EPFL cho biết. "Trong công trình này, chúng tôi chỉ ra cách những vật liệu đó có thể được thay thế bằng các thành phần hoàn toàn có thể phân hủy sinh học và ăn được".
Zhang và một nhóm từ Phòng thí nghiệm Hệ thống thông minh được Dario Floreano tại Khoa Kỹ thuật dẫn đầu.
Nguồn: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Chuyển động lấy cảm hứng từ sinh học
Robot này được thiết kế không chỉ vô hại với động vật thủy sinh mà còn có lợi. Để tăng thêm sức mạnh và độ cứng cho cấu trúc bên ngoài dài khoảng 5 cm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thức ăn cho cá có hàm lượng protein cao hơn 30% và hàm lượng chất béo thấp hơn 8% so với thức ăn viên thương mại. Do đó, thiết bị có thể đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng cho động vật thủy sinh khi chúng kết thúc vòng đời, giống như động vật.
Nhóm EPFL hình dung robot sẽ được triển khai với số lượng lớn. Mỗi thiết bị sẽ được trang bị cảm biến phân hủy sinh học để thu thập dữ liệu môi trường như độ pH của nước, nhiệt độ, chất ô nhiễm và sự hiện diện của vi sinh vật, có thể đọc được sau khi thu thập hoặc bằng cảm biến từ xa.
Thay vì kiểm soát chính xác chuyển động theo hướng của robot, nhóm đã chế tạo các biến thể rẽ trái và rẽ phải bằng cách thay đổi thiết kế không đối xứng của kênh nhiên liệu. Mức độ kiểm soát này là tất cả những gì cần thiết để phân tán các rô-bốt trên bề mặt nước và các chuyển động giả ngẫu nhiên của chúng bắt chước các chuyển động của côn trùng, khiến chúng trở thành phương tiện lý tưởng để cung cấp chất dinh dưỡng hoặc thuốc cho cá.
Các nhà nghiên cứu thậm chí còn suy đoán rằng các rô-bốt có thể kích thích sự phát triển nhận thức của vật nuôi dưới nước, nhưng cần có nghiên cứu trong tương lai để khám phá điều này, vì không có thí nghiệm nào trên động vật được tiến hành như một phần của nghiên cứu EPFL.
Tín dụng: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Một biên giới thực phẩm rô-bốt
Công trình này là sáng kiến mới nhất trong lĩnh vực rô-bốt ăn được đang phát triển mạnh mẽ. Phòng thí nghiệm Hệ thống thông minh đã công bố một số bài báo về các thiết bị ăn được, bao gồm bộ truyền động mềm ăn được làm thiết bị điều khiển thực phẩm và thức ăn cho vật nuôi, mạch lưu chất để tính toán thực phẩm và mực dẫn điện ăn được để theo dõi sự phát triển của cây trồng. Floreano cũng đã công bố quan điểm về thực phẩm rô-bốt với các đồng nghiệp từ liên đoàn RoboFood: một dự án mà ông điều phối đã được khởi động vào năm 2021 để khám phá tiềm năng của các thiết bị này.
"Việc thay thế rác thải điện tử bằng vật liệu phân hủy sinh học là chủ đề của một cuộc nghiên cứu chuyên sâu, nhưng các vật liệu ăn được với hồ sơ dinh dưỡng và chức năng mục tiêu hầu như chưa được xem xét và mở ra một thế giới cơ hội cho sức khỏe con người và động vật", Floreano cho biết.
Thông tin thêm: Shuhang Zhang và cộng sự, Robot thủy sinh ăn được với hệ thống đẩy Marangoni, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59559-8
Thông tin tạp chí: Nature Communications
Cung cấp bởi Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
