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Un diverso tipo di truciolo di legno
Oscar verde
Un dispositivo microfluidico progettato dagli ingegneri del MIT, della Cornell e dell'Università tecnica della Danimarca potrebbe fungere da attuatore idraulico semplice ed economico per piccoli robot.
Per i piccoli sistemi, produrre piccoli pezzi mobili è spesso costoso, afferma la professoressa di ingegneria meccanica Anette Peko Hosoi. Quindi abbiamo pensato: 'E se potessimo realizzare un sistema idraulico su piccola scala in grado di generare grandi pressioni, senza parti mobili?' E poi abbiamo chiesto: 'C'è qualcosa che lo fa in natura?' Si è scoperto che lo fanno gli alberi.
Gli alberi e le altre piante assorbono l'acqua dalle loro radici alle foglie e pompano gli zuccheri prodotti dalle loro foglie alle radici. Spinta dalla tensione superficiale, l'acqua risale i canali del tessuto vascolare di un albero chiamati xilema; quindi si diffonde attraverso una membrana semipermeabile e scende nei canali di un altro tessuto vascolare, il floema, contenente zucchero e altri nutrienti.
Più zucchero nel floema, più acqua scorre dallo xilema per bilanciare le concentrazioni su entrambi i lati della membrana, un processo passivo noto come osmosi. Il flusso d'acqua scarica i nutrienti fino alle radici e questo processo di pompaggio continua mentre le radici aspirano più acqua.
Questo semplice modello di xilema e floema è noto da decenni, afferma Hosoi. Ma quando esegui effettivamente i numeri, ti rendi conto che questo semplice modello non consente un flusso costante. In effetti, gli ingegneri hanno già tentato di progettare pompe microfluidiche ispirate agli alberi, ma tali progetti hanno smesso di pompare in pochi minuti.
Da studente laureato nel laboratorio di Hosoi, Jean Comtet, SM '15, ha identificato una terza parte essenziale del sistema di pompaggio di un albero: le sue foglie, che producono zuccheri attraverso la fotosintesi. Comtet ha ipotizzato che gli zuccheri che si diffondono dalle foglie nel floema di una pianta aumentino la concentrazione di zucchero lì, creando una pressione osmotica costante che consente all'acqua e ai nutrienti di circolare continuamente.
Per creare una pompa che imiti l'intero sistema, il team di Hosoi ha inserito insieme due vetrini di plastica, attraverso i quali hanno perforato piccoli canali per rappresentare lo xilema e il floema. Hanno riempito il canale xilematico con acqua e il canale floema con acqua e zucchero, separando i due vetrini con un materiale semipermeabile. Hanno posizionato un'altra membrana sopra il vetrino del floema e hanno posizionato una zolletta di zucchero sopra per replicare lo zucchero dalle foglie di un albero. Quando hanno attaccato il chip a un tubo che porta a un serbatoio dell'acqua, l'acqua è stata pompata passivamente attraverso il chip e fuori in un bicchiere a velocità costante per diversi giorni.
Non appena abbiamo inserito questa fonte di zucchero, l'abbiamo fatto funzionare per giorni a uno stato stazionario, dice Hosoi. Se progetti il tuo robot in modo intelligente, potresti assolutamente attaccarci una zolletta di zucchero e lasciarla andare.