韩国研究植物运动 要制造微型机器人

韩国研究植物运动 要制造微型机器人

本文来源:科普中国

动物运动时使用肌肉,植物的运动呢?植物有运动吗?当然有。植物运动的机制比动物要简单得多,比如,含羞草的叶子,捕蝇草和松果,这些植物的运动是通过调节植物组织里的水分含量来实现的。韩国首尔国立大学的研究人员宣称,通过对植物运动的研究,生物仿生工程学或机器人学的前景非常可观。

2015年11月22-24日,美国物理协会流体动力学分会第68届年会在波士顿召开,与会人员分享了对植物运动研究的成果,他们根据植物运动,创造了仅仅依靠调整空气湿度就可以驱动的微型机器人。

松果根据环境湿度的变化来调整运动方式,这种纯粹、简洁的运动方式引起了研究人员的关注。“有些种子的头部包含所有的基因信息,其附属物被称为‘篷’,负责移动,就如动物的精子。”霍永金教授说。霍教授是首尔国立大学机械和航天航空工程系的教授。他接着说:“‘篷’由两个组织层构成,一个是活跃层,充满了湿气的;另一个则是非活跃层,这一层对湿气变化没什么反应。”

如果环境里的湿度上升,这个双分子层就会弯曲,长度会发生改变。周期性的湿度变化会导致双分子层或弯曲,或伸直,如此往复。这意味着环境湿度的改变能推动植物机体运动。

“我们模仿双分子层的构造,制造了一个能够通过环境湿度调节来产生运动的促进器。”霍教授说。“植物移动很缓慢,它们从弯曲到伸直,再恢复弯曲的状态,需要一整天。为了加快双分子层的响应速度,我们不得不找到新方法来制造活跃层。由于湿气吸收得更快了,反应速度确实提高了,所以我们在非活跃层上放置了纳米级的纤维。”

然而,创造机器人的关键在于,重复的弯曲和伸直没有产生网络移动。“这个循环移动必须转变为直线移动,这是机器人移动的方法。”霍教授说,“因此,我们给推进器安装了腿,这样,它就可以直线移动了。我们称这些腿为‘棘齿’。它们和推进器共同构成了我们的生物仿生机器人。”

该研究小组成就斐然。它打开了一条通道,引领人们去研究环境湿度变化推动的机器人运动——不需要电力供应呀!让我们想象一下:当机器人在任何一个领域里工作都不需要供电,那是一幅什么图景!只需要调节环境的湿度,机器人就可以工作,像种子那样工作。太神奇了!

这事听起来很容易,是吗?

“但是,为机器人制作双分子层是件很不容易的事,需要技术专家出手才行。”霍教授说。研究小组还开发了一个数学模型,用于为机器人寻找最佳设计,保证它们用最快速度运动。

为什么研究小组声称该项由湿度驱动的机器人研究前景可观呢?因为一个显而易见的事实是,我们周围处处可见湿度的变化。

“通常,白天会干燥一些,夜晚的湿气大一些。周期性的湿度变化可以使种子把自己埋在地下。”霍教授说,“你知道吗?我们在呼吸时,湿度甚至都在改变,我们呼出去的就是湿气。”

该研究小组计划在人体皮肤上做文章。人体皮肤比其周围环境要湿润。研究小组在探索将微型机器人直接置入人体皮肤的可能性。

“原理是:弯曲时,机器人的某部分可以离开皮肤,去邂逅干燥的空气。之后,机器人回到垂直位置,靠近皮肤。如此循环,机器人就能基于皮肤的湿度变化而进行移动。”霍教授说。

该研究小组将致力于将这个原理变成应用,用于医学机器人研究。“多亏植物激发的灵感,未来,微型机器人可以处理伤口消毒,去除皮肤皱纹,滋养皮肤组织。”郭教授说。

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