مستوحاة من المضخات الهيدروليكية الطبيعية الموجودة في الأشجار والنباتات، طور مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا "شجرة على شريحة" تحاكي العملية. يمكن لشريحة صغيرة أن تضخ الماء من الخزان لعدة أيام دون تحريك الأجزاء أو المضخات الخارجية. يمكن أن تكون هذه الشريحة مفيدة في مجموعة واسعة من التطبيقات التي تستهلك الحد الأدنى من الطاقة.
بقلم: رينات باركو فيلسوف
وكانت المجموعة، بقيادة هوسوي، الأستاذ ورئيس قسم العمليات للمهندسين الميكانيكيين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تبحث عن طريقة فعالة لتشغيل جهاز هوائي للروبوتات الصغيرة. الهدف النهائي هو إنشاء روبوت صغير متعدد الوظائف، مثل روبوت الكلاب الكبير من بوسطن ديناميكس.
المفهوم العام بين علماء الأحياء هو أن جزيئات الماء، مدفوعة بالتوتر السطحي، ترتفع في قنوات خشب النسغ في الشجرة، ثم تنتشر عبر غشاء شبه منفذ إلى قنوات خشب النسغ، التي تحمل السكر والمواد المغذية الأخرى إلى خلايا الشجرة.
كلما زادت كمية السكر في المشروب، كلما تدفق الماء أكثر من الطرف إلى المشروب، لموازنة تركيز السكر في الماء. وتسمى هذه العملية السلبية بالتناضح. وفي الواقع، حاول المهندسون سابقًا تصميم شجرة مستوحاة من مضخات الموائع الدقيقة، من خلال اختراع أجزاء تحاكي الطرف والطرف. لكنهم وجدوا أن هذه الأجزاء توقفت عن الضخ خلال دقائق.
طالب هوسوي هو الذي حدد الجزء الأساسي الثالث من نظام ضخ الشجرة: الأوراق، التي تنتج السكريات من خلال عملية التمثيل الضوئي. يتضمن النموذج المقترح هذا المصدر الإضافي للسكريات الذي ينتشر من الأوراق إلى طرف النبات، ويزيد من نسبة السكر إلى الماء، وهو الوضع الذي يحافظ على ضغط أسموزي ثابت، ويتسبب في تدفق الماء والمواد المغذية بانتظام في جميع أنحاء كل شجرة.
وتمكن فريق الباحثين من تقليد مضخات النسغ والنسغ في الشجرة، والأهم من ذلك - إنتاج السكر في الأوراق.
لإنتاج الرقاقة، قام الباحثون بربط لوحين بلاستيكيين شفافين معًا، وحفروا قنوات صغيرة من خلالهما لتمثيل الحُق والقنوات الواردة. لقد ملأوا قنوات الحُق بالماء، وقنوات الحُق بالماء والسكر، ثم فصلوا الصفيحتين بمادة شبه سميكة تحاكي الغشاء الموجود بين السنط والحُق. ثم قاموا بوضع غشاء آخر فوق صفائح قنوات النسغ، ووضعوا فوقها مكعبًا من السكر ليمثل مصدر السكر الزائد القادم من أوراق الشجرة إلى النسغ. وقاموا بتوصيل الشريحة بأنبوب، الذي يغذي الشريحة بالمياه من الخزان.
بفضل هذا الهيكل البسيط، تمكنت الشريحة من سحب الماء بشكل سلبي من الخزان عبر الشريحة، ثم إلى الزجاج. وكان معدل التدفق ثابتا لعدة أيام، على عكس التصاميم السابقة، التي كانت تضخ لمدة دقائق قليلة فقط.
ويتصور هوسوي أنه يمكن بناء مضخة "خشب على رقاقة" في روبوت صغير يعمل عن طريق إنشاء حركة هيدروليكية، دون الحاجة إلى مضخات أو أجزاء متحركة.
תגובה אחת
على الرغم من أن اللغة العبرية لغة صعبة، إلا أنها مكتوبة:
""صفيحتان"" - لوحتان، لوحتان،
يجب أن يكون هناك لوحتين...
بعد التصحيح في اللغة العبرية يجدر بنا أن نتذكر أن عملية تحلية المياه
وبالاعتماد على عكس نفس المبدأ، التناضح العكسي...