"עץ על שבב"

מאת: רינת ברקו פילוסוף

בהשראת משאבות הידראוליות טבעיות שנמצאו בעצים ובצמחים, פיתחו מהנדסי MIT "עץ על שבב" שמחקה את התהליך. שבב זעיר יכול לשאוב מים מתוך מיכל במשך ימים ללא חלקים נעים או משאבות חיצוניות. שבב כזה יכול להיות שימושי במגוון רחב של יישומים הצורכים כמות אנרגיה מזערית.

מקור התמונה

הקבוצה, בראשות Hosoi, פרופסור וראש מחלקת התפעול למהנדסי מכונות ב MIT, חיפשו דרך יעילה להפעיל  מתקן פנאומטי עבור רובוטים קטנים. המטרה האולטימטיבית היא ליצור רובוט קטן רב תפקודי, כמו רובוט הכלב הגדול של בוסטון דיינמיקס.

ההבנה הכללית בקרב הביולוגים היא כי מולקולות של מים, מונעות על ידי מתח פני השטח, עולות בתעלות העצה של העץ, ואז מתפזרות דרך קרום חדיר למחצה לתוך תעלות שיפה, המובילות סוכר וחומרים מזינים אחרים לתאי העץ.

ככל שיש יותר סוכר בשיפה, כך זורמים יותר מים מן העצה אל השיפה, כדי לאזן את ריכוז הסוכר במים. תהליך פסיבי זה קרוי אוסמוזה. למעשה, מהנדסים ניסו בעבר לעצב עץ בהשראת משאבות microfluidic, על ידי המצאת חלקים המחקים את העצה ואת השיפה. אבל הם מצאו כי חלקים אלה הפסיקו לשאוב בתוך דקות.

תלמידו של Hosoi הוא זה שזיהה חלק שלישי מהותי במערכת השאיבה של העץ: העלים, המייצרים סוכרים באמצעות פוטוסינתזה. המודל שהוצע כולל מקור נוסף זה של סוכרים המתפזרים מן העלים לעצה של צמח, ומגדיל את יחסי סוכר / מים, מצב אשר שומר על לחץ אוסמוטי קבוע, וגורם להזרמת מים וחומרים מזינים באופן קבוע לאורך כל עץ.

צוות החוקרים הצליח לחקות את משאבות העצה והשיפה של העץ, והכי חשוב - את ייצור הסוכר בעלים.

כדי לייצר את השבב, החוקרים כרכו יחד שני לוחיות  פלסטיק שקופות, ודרכן קדחו תעלות קטנות שייצגו את  תעלות העצה ותעלות השיפה. הם מילאו את תעלות העצה במים, ואת תעלות השיפה במים וסוכר, ואז הפרידו בין שני הלוחיות בחומר סמיך למחצה, שמחקה את הממברנה בין העצה לשיפה. לאחר מכן הם הניחו ממברנה נוספת על גבי הלוחיות של תעלות השיפה, והניחו קוביית סוכר מעל כדי לייצג את מקור הסוכר הנוסף המגיע מהעלים של העץ אל תוך השיפה. הם חיברו את השבב לצינור, שהזין מים ממיכל לתוך השבב.

עם מבנה פשוט זה, השבב היה מסוגל לשאוב באופן פסיבי מים מהמכל דרך השבב, ולצאת לתוך כוס. קצב הזרימה היה קבוע במשך מספר ימים, בניגוד לעיצובים קודמים, ששאבו במשך מספר דקות בלבד.

Hosoi צופה כי משאבת "עץ על שבב" עשויה להיבנות לתוך רובוט קטן המופעל על ידי יצירת תנועה הידראולית, ללא צורך במשאבות או בחלקים פעילים.

מקור הידיעה