211service.com
En annan sorts träflis
oscar botlon grön
En mikrofluidisk anordning designad av ingenjörer vid MIT, Cornell och Danmarks Tekniska Universitet skulle kunna fungera som ett enkelt, billigt hydrauliskt manöverdon för små robotar.
För små system är det ofta dyrt att tillverka små rörliga delar, säger maskinteknikprofessor Anette Peko Hosoi. Så vi tänkte: ’Tänk om vi kunde göra ett småskaligt hydraulsystem som kunde generera stora tryck, utan rörliga delar?’ Och sedan frågade vi: ’Gör något sådant här i naturen?’ Det visar sig att träd gör det.
Träd och andra växter drar upp vatten från sina rötter till bladen och pumpar socker som produceras av deras blad tillbaka ner till rötterna. Drivs fram av ytspänning, vatten färdas upp i ett träds kanaler av vaskulär vävnad som kallas xylem; sedan diffunderar det genom ett semipermeabelt membran och ner i kanaler i en annan vaskulär vävnad, floem, som innehåller socker och andra näringsämnen.
Ju mer socker i floemet, desto mer vatten flödar från xylemet för att balansera koncentrationerna på vardera sidan av membranet, en passiv process som kallas osmos. Vattenflödet spolar ner näringsämnen till rötterna, och denna pumpprocess fortsätter när rötterna drar upp mer vatten.
Denna enkla modell av xylem och floem har varit välkänd i årtionden, säger Hosoi. Men när du faktiskt kör siffrorna inser du att denna enkla modell inte tillåter ett stadigt flöde. Faktum är att ingenjörer tidigare försökt designa trädinspirerade mikrofluidpumpar, men sådana konstruktioner slutade pumpa inom några minuter.
Som doktorand i Hosois labb identifierade Jean Comtet, SM '15, en tredje väsentlig del av ett träds pumpsystem: dess löv, som producerar socker genom fotosyntes. Comtet antog att sockerarterna som diffunderar från bladen till en växts floem ökar koncentrationen av socker där, vilket skapar ett konstant osmotiskt tryck som tillåter vatten och näringsämnen att cirkulera kontinuerligt.
För att skapa en pump som efterliknar hela systemet, satte Hosois team ihop två plastglas, genom vilka de borrade små kanaler för att representera xylem och floem. De fyllde xylemkanalen med vatten och floemkanalen med vatten och socker, och separerade de två objektglasen med ett semipermeabelt material. De placerade ett annat membran över floemglaset och satte en sockerbit ovanpå för att replikera sockret från ett träds löv. När de fäste chipet till ett rör som ledde till en vattentank, pumpades vatten passivt genom chipet och ut i en bägare med konstant hastighet i flera dagar.
Så fort vi satte in den här sockerkällan höll vi den igång i flera dagar i ett stabilt tillstånd, säger Hosoi. Om du designar din robot på ett smart sätt kan du absolut klistra en sockerbit på den och släppa den.