网站动态:
  • 产品总数:565198
  • 求购总数:4212
  • 企业总数:25773
  • 在线会员:4
 
当前位置: 首页 » 资讯 » 化工能源资讯 » 正文

模拟冰植物的驱动器

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-02  浏览次数:29
核心提示:开发可移动机器人部件的工程师们可能很快就会利用植物使用的一种技巧。位于波茨坦的马克斯普朗克胶体与界面研究所和美国剑桥的哈

开发可移动机器人部件的工程师们可能很快就会利用植物使用的一种技巧。位于波茨坦的马克斯普朗克胶体与界面研究所和美国剑桥的哈佛大学的研究人员已经设计出多孔材料,可以作为驱动器或马达。这种材料的动力机制类似于某些植物组织。当压力在聚合物的孔隙中增加时,结构就会膨胀并向理想的方向膨胀。通过这种方式,研究人员模拟了一些植物的非重要部分进行运动的机制,例如冰植物的种子囊。研究人员利用理论模型分析了材料的膨胀行为如何取决于其结构,并用先进的3D打印技术测试了结果。这些新发现可以作为设计具有特别自然移动特性的可移动组件的基础,例如用于机器人的应用程序。

 

如果你喜欢在树林里散步,你可能对这种现象很熟悉。雨中,躺在地上的针叶树球果仍然紧闭着。相比之下,当天气干燥时,它们就会打开。这样,针叶树就可以防止种子吸收水分,使种子变得太重而不能被风吹散。冰栽恰恰相反:它在潮湿的天气里释放种子,而此时正是萌发的最佳条件。种子胶囊上的一层复杂的覆盖物确保了胶囊在干燥的天气里保持关闭,在潮湿的天气里保持打开。


在这两个例子中,水分使植物细胞的形状发生了巨大的变化。在吸收水分后,它们——以及它们所构成的组织——会以这样一种方式扩张,整个植物的各个部分都会以一种确定的模式运动。在针叶树的球果中,水分使鳞片闭合,而在冰的植物中,水分诱导种子囊打开。


完全基于物理机制的原动机


研究人员特别兴奋,因为这些运动不是由代谢过程产生的能量驱动的,而是由物理机制驱动的。从生物学的角度来看,没有别的方法可以达到这个目的。毕竟,这种材料——例如倒下的松果——已经死了。


位于波茨坦的马克斯普朗克胶体和界面研究所的研究人员现在已经详细研究了材料特性、几何形状和细胞排列如何影响宏观运动。为此,他们开发了一种计算机模拟和一种多孔聚合物的组织状材料,在多孔聚合物中,孔隙大致模拟生物材料中的细胞。


他们的发现很有趣。膨胀的性质不仅取决于细胞的形状。另一个关键因素是细胞如何相互排列。在一个案例中,科学家们测试了由相同的基本细胞组成的三个不同的蜂窝结构。他们构建了一个八边形——一种长方形,它的两个部分并置在一起,形成一个阶梯状的结构。研究人员假设,细胞两侧形成的额外角度将起到铰链的作用,让细胞更好地改变形状。早期的一项研究表明,随着细胞的扩张,细胞壁的角度变化比细胞壁本身更容易,因为后者需要更多的能量。


当细胞内的空气或流体压力增加时,三个蜂窝结构中的两个优先向一个方向移动,但在此过程中形成了不同的新细胞几何形状。在第三种排列中,结构对角扩展,导致细胞网络的剪切效应。在这三种安排中,最初压力的上升立即导致了显著的扩张。然而,压力的进一步增加对材料膨胀的影响逐渐减小。


一种灵活的杠杆,用于向所需方向移动部件


“我们可以通过细胞的形状和排列精确地控制宏观膨胀的性质,”约翰·邓洛普说,他是波茨坦马克斯普朗克研究所生物材料部门仿生驱动和组织生长小组的负责人,对最近的工作做出了重要贡献。“我们现在有一个非常灵活的杠杆,我们可以使用它,例如,以一种高度明确和具有特色的方式塑造和移动组件。”


这项工作仍处于基础研究阶段。然而,从长远来看,科学家们设想的是应用


 
 
[ 资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐资讯
点击排行
 
网站首页 | 网站地图 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言 | RSS订阅