第15版:新 知
 
 
 
2013年10月25日 星期
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模仿植物根生长的机器人

  

  你漫步在花园、草地或森林,常常会对舒展的叶、多姿的茎、美丽的花而赞叹不已、流连忘返。不过请注意,眼前的各种植物几乎都有自身的一半是隐藏在地下的。植物的根虽然长得不起眼,其实倒是植物的精华部分。它们会收集关于当地物理性状和土壤化学成分的信息,决定根往哪个方向继续生长;而根穿透土壤所消耗的能量,比起蚯蚓、鼹鼠或人工钻孔来说,都只是个零头。因此,有人认为在已知的地下勘探系统中,植物的根是最有效的。

  是好东西,总会有人惦记的。意大利技术研究所的一个团队一直在研制“机器人根”Plantoid,它会生长,会像活的植物那样回应环境的刺激。由芭芭拉·玛祖莱博士领衔的团队希望它能学到植物根系的本领,并伺机“超越”。他们探寻植物根系的工作原理,还研制能监测土壤污染、探索矿物质和寻找水分的传感部件。

  Plantoid的中央主干里有装着液体塑料的“池”,那种塑料在紫外线作用下会固化。主干上接出圆柱形的支根,液体塑料从这里流到支根的顶端。在自然界,植物根的顶端是特殊的锥形结构,这里的分生组织聚集着增殖细胞群,驱动根的生长。而机器人根则是个内置微型电机、发光二极管和电池的圆锥体。电机驱动根吸取液体塑料,并把它推到锥体外周。二极管发出的紫外线使液体塑料在这里固化,锥体一点点向前延伸,在土壤中推远,“落地生根”。

  在自然界,根生长时静谧却不退缩的压力使它在土壤中推进,可能每次只前进几分之一毫米。研究人员希望他们机器人根的样机能在实际土壤中慢慢穿越到一米的距离。

  机器人根配备着各种传感器,用于监测土壤的相关参数,诸如硝酸盐、酸碱度(pH值)、水分、温度和重力。而为这些传感器编写软件的过程,也是理解自然界根工作原理的过程。

  机器人根的生长方向由一种称为“电流变流体”的材料控制,它也存储在支根顶端的锥体中。当电流施加到这种液体上,它会变得粘稠些。按研究者的设计,借助来自电池的电流改变根一侧的粘度,而让根另一侧的粘度不变,这样就能引导机器人根改变生长的方向。

  玛祖莱博士在伦敦自然历史博物馆的一次《活的机器》主题会上展示了样机,但并不包括响应环境的控制系统。玛祖莱博士说,机器人根有朝一日可能用来监测土壤,也可用作医疗器械。“它可以弯曲,能在低气压中生长,能适应环境,展现了医用工具的新视野。”

  她还介绍说,第一位对植物根工作原理提问的人,是赫赫有名的查尔斯·达尔文,他并没有找到满意的答案。时间是130年前。 

  (凌启渝)

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