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“树叶芯片”为小型机器人提供液压动力

2017-3-24 08:18:35
科技日报




    科技日报北京3月23日电 (记者聂翠蓉)美国麻省理工学院(MIT)近日发布公告称,该校研究人员模仿树木和植物的泵送机制,设计出一种名叫“树叶芯片”的微流体装置,能以稳定流速在芯片内输送水和糖分等长达数天之久。这项发表在《自然·植物》杂志上的最新成果有望为小型机器人带来低成本液压动力装置。

    大到红木,小到雏菊,树木和很多植物内的木质和韧皮等组织系统能形成天然液压泵,这些液压泵通过不耗费任何能量的渗透过程,既能将根部水分泵送到顶端叶片,也能将叶片的糖分等营养物质泵回根部。基于这些认知,之前有研究已经开发出模拟木质和韧皮的微流体泵,但这些设计往往只能工作几分钟就会停止,效果不佳。

    这次新研究中,MIT机械工程学教授阿奈特·霍索伊带领其团队将树木泵送系统中的另一个重要部分——树叶纳入微流体装置中。新的“树叶芯片”除了模拟木质和韧皮,还模拟树叶通过光合作用泵送糖分,将糖分从树叶输送到韧皮,增加糖—水浓度差,从而保持稳定的渗透压,让水和营养物质在芯片中持续循环时间从几分钟提高到数天之久。

    “树叶芯片”采用一种三明治结构,两个塑料滑片分别代表木质和韧皮,中间用半渗透性材料隔开。木质滑片的小通道内充满水,韧皮滑片的小通道内充满糖水,韧皮滑片上再覆盖另一层膜,以模拟树叶不断向韧皮补充糖分。实验小组将“树叶芯片”与试管相连,成功将试管里水分抽送到芯片内,然后又将水分泵送到另一个烧杯中。

    在一些环境恶劣的地方,往往需要微型机器人开展工作,为了让这些机器人“跑跳”起来,安装微型活动组件不仅困难重重,且成本昂贵。现在,“树叶芯片”能充当微型液压系统,通过补充糖分提供强大渗透压,让微型机器人不需安装其他部件就能低成本运行。

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