Naturen planter et frø af ingeniørinspiration

Forskere i Sydkorea har kvantitativt dekonstrueret det, de beskriver som de "geniale mobilitetsstrategier" af frø, der selv graver roterende ned i jorden. Dette er et eksempel på de mange måder naturen bruger biologisk geometri til at give planter muskellignende evner.

Professor Ho-Young Kim, fra Seoul National University i Korea, samlede sine kolleger for at starte et forskningsprojekt baseret på inspiration, han tog fra at se en plantedokumentar. Frø manøvrerede til at grave i jorden ved hjælp af et spiralformet vedhæng, kendt som en awn, der reagerer på fugt. Holdet undersøgte denne awn's gravende og opdagede, hvordan nubile spirerne ser ud til at efterligne en boremaskine for at begrave sig selv. Deres fund, offentliggjort i sidste uge i tidsskriftet Væskers fysik , kunne have dramatiske konsekvenser for forbedring af landbrugsrobotik.

"Det var en overraskelse for os, at planten kan producere effektive bevægelser uden muskler. Vi undersøgte straks plantearter med selvgravende frø og identificerede plantearter ved hjælp af lignende graveringsstrategier, "sagde Wonjong Jung, en tidligere elev af Kim og nu seniorforsker ved Samsung Advanced Institute of Technology i Korea. "Selvom frøene fra nogle planter, såsom vildhvede, har enkle buede markiser, der kun udviser bøjningsbevægelser, frøene fra andre planter med spiralformede markiser kan generere roterende bevægelser til gravelse. Vi troede, at det var meget sandsynligt, at frøene snurrede sig selv for at lette graven. "

Forskergruppen undersøgte frø fra den blomstrende art Pelargonium, hvis spiralspolede awn reagerer på fugtighed, demonstrerer hygroskopisk ekspansion. I fugtige omgivelser, awn deformeres for at rette sig ud. Hvis frøet er forankret, denne reaktion kan skabe stød mod jorden, når afviklingsspolen roterer og begraver frøet roterende.

"Vores arbejde belyser den overraskende funktionalitet og skønhed ved naturligt design, "Wonjung Kim, sagde en professor ved Sogang University i Korea. "Selvom planter generelt ikke kan producere aktive bevægelser på grund af deres mangel på muskler, nogle frø har udviklet sig til at skabe gravende mod et bedre spiremiljø. Mere overraskende, når en spiralformet awn udnyttes, begravelsesstrategien er bemærkelsesværdigt god til trækreduktion. "

Udover at fremhæve en anden af ​​evolutionens vidunderlige mekaniske udviklinger, de matematiske modeller, der følger af dette arbejde, har direkte applikationer til nuværende og næste generations robotteknologi. At forstå mekanikken i disse frø og hvordan deres bevægelse reducerer trækkraften i jordens granulære miljø uddyber vores indsigt i jordgravemaskindesign.

"For at indhente miljøoplysninger som jordforurening i utilgængelige områder, såsom rumplaneter, slagmarker, eller katastrofeområder, små robotter er nødvendige, "Kim sagde." Vores forskning har vist en reduktion i partikelmængde ved rotation, som informerer om en effektiv indtrængningsdesignmetode til at grave robotter. Desuden, selvgravende markiser giver inspiration til at designe ikke-motoriserede robotter, der reagerer på forskellige stimuli såsom varme, lys, og fugtighed. "