211service.com
Een ander soort houtsnippers
oscar botlon groen
Een microfluïdisch apparaat ontworpen door ingenieurs van MIT, Cornell en de Technische Universiteit van Denemarken zou kunnen dienen als een eenvoudige, goedkope hydraulische actuator voor kleine robots.
Voor kleine systemen is het vaak duur om kleine bewegende onderdelen te maken, zegt professor werktuigbouwkunde Anette Peko Hosoi. Dus we dachten: 'Wat als we een kleinschalig hydraulisch systeem zouden kunnen maken dat grote drukken zou kunnen genereren, zonder bewegende delen?' En toen vroegen we: 'Doe iets dit in de natuur?' Het blijkt dat bomen dat doen.
Bomen en andere planten trekken water van hun wortels naar de bladeren en pompen de suikers die door hun bladeren worden geproduceerd, terug naar de wortels. Voortgestuwd door oppervlaktespanning, reist water door de kanalen van vaatweefsel van een boom, xyleem genaamd; dan diffundeert het door een semipermeabel membraan en naar beneden in kanalen van een ander vaatweefsel, floëem, dat suiker en andere voedingsstoffen bevat.
Hoe meer suiker in het floëem, hoe meer water er uit het xyleem stroomt om de concentraties aan weerszijden van het membraan in evenwicht te brengen, een passief proces dat osmose wordt genoemd. De waterstroom spoelt voedingsstoffen naar de wortels en dit pompproces gaat door naarmate de wortels meer water opzuigen.
Dit eenvoudige model van xyleem en floëem is al tientallen jaren bekend, zegt Hosoi. Maar wanneer u de cijfers daadwerkelijk uitvoert, realiseert u zich dat dit eenvoudige model geen gestage stroom mogelijk maakt. In feite hebben ingenieurs eerder geprobeerd om op bomen geïnspireerde microfluïdische pompen te ontwerpen, maar dergelijke ontwerpen stopten binnen enkele minuten met pompen.
Als afgestudeerde student in het laboratorium van Hosoi identificeerde Jean Comtet, SM '15, een derde essentieel onderdeel van het pompsysteem van een boom: de bladeren, die suikers produceren door middel van fotosynthese. Comtet veronderstelde dat de suikers die van de bladeren in het floëem van een plant diffunderen, de suikerconcentratie daar verhogen, waardoor een constante osmotische druk ontstaat waardoor water en voedingsstoffen continu kunnen circuleren.
Om een pomp te maken die het hele systeem nabootst, heeft het team van Hosoi twee plastic glaasjes op elkaar geklemd, waardoor ze kleine kanalen boorden om xyleem en floëem te vertegenwoordigen. Ze vulden het xyleemkanaal met water en het floëemkanaal met water en suiker, en scheidden de twee glaasjes met een semipermeabel materiaal. Ze plaatsten een ander membraan over het floëemglaasje en plaatsten er een suikerklontje bovenop om de suiker van de bladeren van een boom te repliceren. Toen ze de chip vastmaakten aan een buis die naar een watertank leidde, pompte het water gedurende meerdere dagen passief door de chip en in een bekerglas met een constante snelheid.
Zodra we deze suikerbron erin stopten, draaiden we hem dagenlang in een stabiele toestand, zegt Hosoi. Als je je robot slim ontwerpt, zou je er absoluut een suikerklontje op kunnen plakken en laten gaan.