211service.com
Dažāda veida šķelda
Oskars Botlons zaļš
Mikrofluidiskā ierīce, ko izstrādājuši MIT, Kornela un Dānijas Tehniskās universitātes inženieri, varētu kalpot kā vienkāršs, lēts hidrauliskais izpildmehānisms maziem robotiem.
Mazām sistēmām bieži vien ir dārgi izgatavot sīkus kustīgus gabalus, saka mašīnbūves profesore Anete Peko Hosoi. Tāpēc mēs domājām: 'Ko darīt, ja mēs varētu izveidot maza mēroga hidraulisko sistēmu, kas varētu radīt lielu spiedienu bez kustīgām daļām?' Un tad mēs jautājām: 'Vai kaut kas to dara dabā?' Izrādās, ka koki dara.
Koki un citi augi izvelk ūdeni no savām saknēm uz lapām un sūknē lapu radītos cukurus atpakaļ uz saknēm. Virsmas spraiguma vadīts, ūdens virzās augšup pa koka asinsvadu audu kanāliem, ko sauc par ksilēmu; tad tas izkliedējas caur puscaurlaidīgu membrānu un izkliedējas citu asinsvadu audu, floēmas, kanālos, kas satur cukuru un citas uzturvielas.
Jo vairāk cukura ir floēmā, jo vairāk ūdens plūst no ksilēma, lai līdzsvarotu koncentrāciju abās membrānas pusēs, kas ir pasīvs process, kas pazīstams kā osmoze. Ūdens plūsma noskalo barības vielas līdz saknēm, un šis sūknēšanas process turpinās, kad saknes uzņem vairāk ūdens.
Hosoi saka, ka šis vienkāršais ksilēmas un floēmas modelis ir bijis labi zināms gadu desmitiem. Bet, kad jūs faktiski palaižat skaitļus, jūs saprotat, ka šis vienkāršais modelis neļauj nodrošināt vienmērīgu plūsmu. Faktiski inženieri iepriekš ir mēģinājuši izstrādāt koku iedvesmotus mikrofluidiskos sūkņus, taču šādi modeļi pārtrauca sūknēšanu dažu minūšu laikā.
Būdams Hosoi laboratorijas absolvents, Žans Komte, SM '15, identificēja trešo būtisku koka sūknēšanas sistēmas daļu: tā lapas, kas fotosintēzes ceļā ražo cukurus. Comtet izvirzīja hipotēzi, ka cukuri, kas izkliedējas no lapām augu floēmā, palielina cukura koncentrāciju tur, radot pastāvīgu osmotisko spiedienu, kas ļauj ūdenim un barības vielām nepārtraukti cirkulēt.
Lai izveidotu sūkni, kas atdarina visu sistēmu, Hosoi komanda savienoja kopā divus plastmasas priekšmetstikliņus, caur kuriem viņi izurbja mazus kanālus, lai attēlotu ksilēmu un floēmu. Viņi piepildīja ksilēma kanālu ar ūdeni un floēmas kanālu ar ūdeni un cukuru, atdalot divus priekšmetstikliņus ar puscaurlaidīgu materiālu. Viņi uzlika vēl vienu membrānu virs floēma priekšmetstikliņa un uzlika cukura kubiņu, lai atkārtotu cukuru no koka lapām. Kad viņi pievienoja mikroshēmu caurulei, kas ved uz ūdens tvertni, ūdens pasīvi sūknējās caur mikroshēmu un izplūda vārglāzē ar nemainīgu ātrumu vairākas dienas.
Tiklīdz mēs ievietojām šo cukura avotu, tas vairākas dienas darbojās līdzsvara stāvoklī, saka Hosoi. Ja jūs izstrādājat savu robotu gudrā veidā, jūs noteikti varētu pielīmēt tam cukura kubiņu un ļaut tam darboties.