الهام گرفتن از درختان برای ساخت روبات‌های کوچک
به گزارش سیناپرس به نقل از علمنا، درختان و گیاهان پمپ‌های هیدرولیک طبیعت هستند؛ آن‌ها پیوسته آب را از ریشه‌ها به بالاترین برگ‌ها پمپاژ می‌کنند و قند تولید شده به وسیله برگ‌ها را به ریشه می‌رسانند. این روند به صورت پیوسته مواد مغذی را از راه آوندهای چوبی و لیفی گیاه انتقال می‌دهد.
به تازگی مهندسان بنیاد فناوری ماساچوست یک پمپ میکروسیالی موسوم به درخت روی تراشه ابداع کرده‌اند که در واقع تقلید سازوکار پمپاژ درختان و گیاهان است.
این تراشه مانند همتایان طبیعی خود به روش ثابت و ایستا فعالیت می‌کند و به قطعات متحرک و یا پمپ جانبی نیاز ندارد. این ابزار قادر است آب و قند را از راه یک تراشه با سرعتی ثابت برای زمانی برابر چند روز پمپاژ کند. پمپاژ ثابت تراشه می‌تواند همچون یک جنباننده هیدرولیک ساده برای روبات‌های کوچک استفاده شود.
ساخت قطعات و پمپ‌های کوچک و متحرک برای انجام حرکات پیچیده در روبات‌های کوچک از نظر مهندسان کاری دشوار و هزینه‌بر است. سازوکار پمپاژ تازه به کمک روبات‌هایی می‌آید که به وسیله پمپ‌های کم‌هزینه و با نیروی قند حرکت می‌کنند.
آنت پکو هوسوی Anette “Peko” Hosoi استاد مهندسی مکانیک دانشگاه MIT گفت: «هدف از این کار کاهش پیچیدگی است مانند آن چه در طبیعت رخ می‌دهد. در روبات‌های کوچک همه چیز از ساخت تا سرهم‌بندی و به حرکت درآوردن دشوار است. از دید من این پمپ‌های میکروسیالی گامی در این راه هستند.»
این کار با الهام از سازوکار درختان بر پایه پروژه‌ای درباره روبات‌های هیدرولیک با پمپاژ کردن سیالات شکل گرفت. هوسوی به طراحی روبات‌های هیدرولیک در مقیاس کوچک که می‌توانند کارهایی همانند روبات‌های بزرگ‌تر انجام دهند و دارای محرک‌های هیدرولیکی هستند علاقمند بود.
هوسوی گفت: «برای سامانه‌های کوچک، بیشتر ساخت قطعات متحرک کوچک هزینه‌بر است. ازاین‌رو ما در این اندیشه بودیم که چگونه یک سامانه هیدرولیک در مقیاس کوچک بسازیم که بتواند فشار فراوانی تولید کند و قطعات متحرک نداشته باشد. پس از آن گفتیم آیا چیزی در طبیعت این کار را می‌کند؟ متوجه شدیم درختان این کار را می‌کنند.»
ابزار درخت روی تراشه با موفقیت بر محدودیت‌های کوشش‌های بی‌سرانجام پیشین در رابطه با پمپ‌های میکروسیالی که از قطعات ساختگی برای تقلید از آوند چوبی گیاه استفاده می‌کردند، غلبه کرد.
در پژوهش‌های پیشین، فعالیت هیدرولیکی ظرف چند دقیقه متوقف می‌شد. یکی از شاگردان هوسوی کشف کرد عنصر سومی لازمه سامانه پمپاژ درخت است: برگ‌های آن که از راه فتوسنتز قند تولید می‌کند. مدل او دربرگیرنده منبع قندی می‌شد که از راه برگ وارد آوند لیفی گیاه می‌گشت و نسبت قند به آب را افزایش داده و از این روی باعث ثبات در فشار اسمزی می‌شد که از این روی آب و مواد مغذی پیوسته درون درخت در حرکت هستند.
هوسوی و گروهش بر پایه این مدل، درخت روی تراشه را ابداع کردند که یک پمپ میکروسیالی است و از آوند چوبی و لیفی گیاه و به ویژه از برگ‌های مولد قند آن تقلید می‌کند. با توجه به سادگی ساخت درخت روی تراشه، ادغام آن در روبات‌های کوچک‌تر برای کارکردها و حرکات هیدرولیک بدون پمپ یا قطعات جانبی آسان‌تر است.
هوسوی گفت: «اگر روبات خود را به روشی هوشمندانه طراحی کنید، بی‌گمان می‌توانید یک حبه قند را روی آن بچسبانید و حرکت آن را تماشا کنید.»
پژوهشگران برای ساخت تراشه، دو روکش پلاستیکی را به هم تاباندند و بر روی آن‌ها چند آبراه باز کردند که نقش آوندهای گیاه را ایفا کند. آن‌ها آوند چوبی را با آب پر کردند و آوند لیفی را با آب و قند و سپس آوند چوبی و لیفی را با ماده نیمه نفوذپذیری همانند پوشش میان آوند چوبی و لیفی درون گیاه جدا کردند.
آن‌ها غشای دیگری روی روکش دربرگیرنده آبراه لیفی قرار دادند و یک حبه قند همچون منبع جانبی قند روی این ماده قرار دادند که موجب شود آب حاوی قند به ریشه‌ها برود. آن‌ها یک بشر بر روی تراشه قرار داند که آب را از یک تانک به درون تراشه انتقال می‌داد.
با این سازوکار ساده، تراشه به روش پیوسته و به مدت چند روز آب را از تانک به درون یک بشر منتقل می‌کرد. هوسوی امیدوار است که پمپ درخت روی تراشه درون روبات‌های کوچک کار گذاشته شود و نیروی هیدرولیک لازم را فراهم کند بدون آن که به پمپ یا قطعات متحرک نیازی باشد.
نتایج این پژوهش در مجله علمی Nature Plants منتشر شده است.
No tags for this post.
