Деревья, как и все растения от огромных секвой до маленьких ромашек, являются природными гидронасосами. Они постоянно подают воду вверх от корней до самых верхних листьев, а также перекачивают обратно к корням сахара, производимые в листьях.
Это постоянный поток питательных веществ через систему тканей, называемых ксилемой и флоэмой, которые упакованы в виде параллельных трубопроводов.
Недавно специалисты из MIT разработали микрожидкостное устройство, которое они называют «дерево-на-чипе»(«tree-on-a-chip»). Оно имитирует насосный механизм деревьев и растений. Также, как и его природные аналоги, это пассивное устройство не требует никаких движущихся частей или внешних механизмов. Оно способно перекачивать воду и сахарный раствор с постоянной скоростью потока в течение нескольких дней.
Предполагается, что такой пассивный насос может быть использован в качестве простого гидравлического привода для небольших роботов. Подвижные детали насосов для передвижения маленьких роботов получаются сложными и дорогими в изготовлении. Новый механизм накачки может обеспечить недорогой привод для роботов.
На самом деле, инженеры и ранее пытались разработать микрожидкостные насосы, имитирующие структуру каналов внутри растений. Но они обнаружили, что эти конструкции быстро (в течение нескольких минут) прекращают качать.
Исследователи из MIT задействовали третью существенную часть насоса растений – это листья, которые производят сахара путем фотосинтеза. Новая модель включает дополнительный источник сахаров, которые диффундируют из листьев в каналы растения, увеличивая градиент сахара в воде, который, в свою очередь, поддерживает постоянное осмотическое давление циркулирующей воды и питательных веществ по всему дереву.
С помощью этой модели группа под руководством профессора Анетт Хосои разработала свой микрожидкостной насос, который имитирует прокачку жидкости в дереве с использованием каналов ксилемы и флоэмы, а самое главное — производящих сахар листьев.
Для того, чтобы создать подобное устройство, исследователи зажали две пластиковых пластины, через которые они просверлили небольшие каналы, имитирующие натуральные ксилемы и флоэмы. Они заполнили канал ксилемы водой, а канал флоэмы водой с сахаром, а затем разделили две пластины полупроницаемым материалом, чтобы имитировать мембрану между ксилемой и флоэмой. Еще одну мембрану поместили над пластиной с каналом флоэмы. И положили сверху кусок сахара, чтобы представить дополнительный источник сахаров, проникающий из листьев на дереве в каналы флоэм. Они подключили устройство к трубке, через которую поступает вода из бака.
С помощью этой простой установки можно было качать воду из бака в стакан, при постоянной скорости потока в течение нескольких дней, в отличие от предыдущих конструкций, которые качали в течение всего нескольких минут.
«Это именно то, что нам нужно. Мы хотим использовать это устройство с роботами», - говорит Анетт.
Комментарии
(0) Добавить комментарий