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“樹葉芯片”為小型機器人提供液壓動力
瀏覽次數(shù):3917發(fā)布日期:2022/3/7 15:08:08

美國麻省理工學(xué)院(MIT)近日發(fā)布公告稱,該校研究人員模仿樹木和植物的泵送機制,設(shè)計出一種名叫“樹葉芯片”的微流體裝置,能以穩(wěn)定流速在芯片內(nèi)輸送水和糖分等長達數(shù)天之久。這項發(fā)表在《自然·植物》雜志上的新成果有望為小型機器人帶來低成本液壓動力裝置。

大到紅木,小到雛菊,樹木和很多植物內(nèi)的木質(zhì)和韌皮等組織系統(tǒng)能形成天然液壓泵,這些液壓泵通過不耗費任何能量的滲透過程,既能將根部水分泵送到頂端葉片,也能將葉片的糖分等營養(yǎng)物質(zhì)泵回根部?;谶@些認知,之前有研究已經(jīng)開發(fā)出模擬木質(zhì)和韌皮的微流體泵,但這些設(shè)計往往只能工作幾分鐘就會停止,效果不佳。

這次新研究中,MIT機械工程學(xué)教授阿奈特·霍索伊帶領(lǐng)其團隊將樹木泵送系統(tǒng)中的另一個重要部分——樹葉納入微流體裝置中。新的“樹葉芯片”除了模擬木質(zhì)和韌皮,還模擬樹葉通過光合作用泵送糖分,將糖分從樹葉輸送到韌皮,增加糖—水濃度差,從而保持穩(wěn)定的滲透壓,讓水和營養(yǎng)物質(zhì)在芯片中持續(xù)循環(huán)時間從幾分鐘提高到數(shù)天之久。

“樹葉芯片”采用一種三明治結(jié)構(gòu),兩個塑料滑片分別代表木質(zhì)和韌皮,中間用半滲透性材料隔開。木質(zhì)滑片的小通道內(nèi)充滿水,韌皮滑片的小通道內(nèi)充滿糖水,韌皮滑片上再覆蓋另一層膜,以模擬樹葉不斷向韌皮補充糖分。實驗小組將“樹葉芯片”與試管相連,成功將試管里水分抽送到芯片內(nèi),然后又將水分泵送到另一個燒杯中。

在一些環(huán)境惡劣的地方,往往需要微型機器人開展工作,為了讓這些機器人“跑跳”起來,安裝微型活動組件不僅困難重重,且成本昂貴?,F(xiàn)在,“樹葉芯片”能充當微型液壓系統(tǒng),通過補充糖分提供強大滲透壓,讓微型機器人不需安裝其他部件就能低成本運行。

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