По-добри помпи благодарение на мухъл
Вдъхновение за технически прогрес често може да се намери в природата. И не винаги е приятно. В експерименти с кални форми, изследователите сега са изследвали как могат да увеличат своята помпена способност особено ефективно. Това може да помогне за разработването на по-мощни помпи за медицински технологии.
Гьотинген - Той е жълт и лигав - и има множество изненадващи свойства: Мухълът Physarum polycephalum. Например, той вече е известен с това, че намира най-краткия път през лабиринт или спазва балансирана диета, въпреки че няма централна нервна система.
Изследователи от Института за динамика и самоорганизация Макс Планк MPIDS сега показват в експерименти, че мухълът също може спонтанно да регулира ефективността на своята помпа, веднага щом условията на околната среда се променят. Благодарение на взаимодействието на две наслагвани вълни на помпата, тя дори не се нуждае от повече енергия и все още може да постигне значително увеличение на производителността.
Пулсираща мрежа
Хранителните вещества текат ритмично напред-назад през тръбоподобното тяло на слузестата форма, като самите тръби също функционират като помпи чрез многократно свиване. Вълните използват перисталтика, т.е. свиване и разширяване на тръбите, ефект, който ние хората също познаваме и който се появява, например, в хранопровода или червата. В случай на мухъл обаче има суперпозиция от две вълни: основна вълна и обертон с двойна честота.
Изследователите установили, че при синя светлина, която слузът се опитва да избяга, една от вълните се премества срещу другата, докато не достигнат оптимален изпомпващ капацитет. Ако вълните са в оптималното съзвездие, те работят заедно, за да компресират тръбата още по-близо. Това ви позволява да увеличите ефективността, без да се налага да влагате повече енергия в самите вълни.
Видеото на BBC за забавяне показва как се разпространява мрежа от мухъл в търсене на хранителни вещества:
Страхотно представяне - дори без мозък
В бъдеще наблюденията могат да бъдат използвани в медицинските технологии или в меката роботика, в която перисталтиката вече се използва днес. За авторите обаче това е особено фрапиращ пример, в който природата изпреварва технологиите.
Изследователят на MPIDS Стефан Карпичка казва: „В малкото жълто горско обитател Physarum polycephalum има много сложност, която трябва да бъде овладяна: Вискоеластичен клетъчен материал, постоянно променящ се условия на околната среда и без мозък, който да координира всичко. И все пак той успява да избяга перфектно от конуса на светлината само след двадесет минути, като регулира ефективността на помпата си с хитър трик - и дори не се нуждае от повече енергия. "
Досие за бионика
Технология, основана на природата
Оригинална публикация: Felix Bäuerle, Stefan Karpitschka и Karen Alim, Living system адаптира хармониците на перисталтичната вълна за икономически ефективна оптимизация на производителността на изпомпване, Physical Review Letters 124 (2020) 098102; DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.098102
* C. Hoffrogge, Институт за динамика на Макс Планк a. Самоорганизация, 37077 Гьотинген
Симулации на частици за самоорганизация
Комети от жива материя
Гравитационни колебания поради земетресения
Как да използваме гравитацията за прогнозиране на цунами