Pompe mai bune datorită mucegaiului slime
Inspirația pentru progresul tehnic se găsește adesea în natură. Și nu este întotdeauna frumos. În experimentele cu mucegaiuri de nămol, cercetătorii au investigat acum cum își pot crește capacitatea de pompare în mod eficient în mod eficient. Acest lucru ar putea ajuta la dezvoltarea unor pompe mai puternice pentru tehnologia medicală.
Göttingen - Este galben și mucos - și are numeroase proprietăți surprinzătoare: mucegaiul de mucus Physarum polycephalum. De exemplu, este deja cunoscut pentru găsirea celei mai scurte rute printr-un labirint sau pentru urmarea unei diete echilibrate, chiar dacă nu are un sistem nervos central.
Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru dinamică și autoorganizare MPIDS au arătat acum în experimente că mucegaiul de nămol își poate regla spontan eficiența pompei imediat ce condițiile sale de mediu se schimbă. Datorită interacțiunii a două unde de pompă suprapuse, nici măcar nu are nevoie de mai multă energie și poate obține în continuare o creștere considerabilă a performanței.
O rețea care pulsează
Nutrienții curg ritmic înainte și înapoi prin corpul tubular al matriței, cu tuburile în sine funcționând și ca pompe prin contractarea repetată. Undele folosesc peristaltismul, adică contracția și expansiunea tuburilor, efect pe care îl cunoaștem și noi oamenii și care apare, de exemplu, în esofag sau în intestin. Cu toate acestea, în cazul mucegaiului de nămol, două unde se suprapun: o undă fundamentală și o supratonală cu frecvența de două ori.
Cercetătorii au descoperit că, sub lumină albastră, de care mucegaiul încearcă să scape, una dintre valuri se deplasează împotriva celeilalte până când au atins o capacitate optimă de pompare. Dacă undele se află în constelația optimă, ele lucrează împreună pentru a comprima tubul și mai aproape. Acest lucru vă permite să creșteți eficiența fără a fi nevoie să puneți mai multă energie în valuri.
Videoclipul time-lapse al BBC arată cum o rețea de mucegai se extinde în căutarea nutrienților:
Performanță excelentă - chiar și fără creier
În viitor, observațiile ar putea fi utilizate în tehnologia medicală sau în robotica moale, în care peristaltismul este deja utilizat astăzi. Cu toate acestea, pentru autori, este mai ales un exemplu uimitor în care natura este înaintea tehnologiei.
Cercetătorul MPIDS, Stefan Karpitschka, spune: „Există o mare complexitate în micul locuitor al pădurii galbene Physarum polycephalum care trebuie stăpânit: un material celular viscoelastic, condiții de mediu în continuă schimbare și fără creier care să coordoneze totul. Și totuși reușește să scape perfect de conul de lumină după doar douăzeci de minute, ajustându-și eficiența pompei cu un truc inteligent - și nici măcar nu are nevoie de mai multă energie. "
Dosar bionic
Tehnologie bazată pe natură
Publicație originală: Felix Bäuerle, Stefan Karpitschka și Karen Alim, Sistemul viu adaptează armonicele unde peristaltice pentru optimizarea rentabilă a performanței pompării, Physical Review Letters 124 (2020) 098102; DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.098102
* C. Hoffrogge, Max Planck Institute for Dynamics a. Autoorganizare, 37077 Göttingen
Simulări de particule pentru autoorganizare
Comete ale materiei vii
Fluctuații gravitaționale datorate cutremurelor
Cum se folosește gravitația pentru a prezice tsunami