機器人液壓系統哪家強？“樹葉”芯片來幫忙！

材料牛注：近日，麻省理工大學研制出新型芯片，模擬樹木結構制成“微流體泵”。此項進展有望改善微型機器人中的液壓系統，實現單糖立方體為機器人供能。

如果你是New Atlas的忠實讀者，就會知道科學家們喜歡把各種各樣的東西放在芯片上。僅僅在2016年，我們就已經報道過芯片上的肺、芯片上的胎盤、芯片上的腎和芯片上的心臟。 現在，麻省理工學院的一個研究團隊對芯片的熱情已經超出了人體，并把一整棵樹放在了芯片上。這一進展可能會改善微型機器人中的液壓系統，甚至可以實現單糖立方體供能。

放置在芯片中的生物建模元素，可以使科學家能夠進行實驗、測試出實驗方法以及進行觀察，這是其他方法所不能做到的。麻省理工學院研制的這種新型芯片使研究人員能夠模擬樹木中天然的“泵”。此外，即使沒有任何電源或機械裝置，在實驗室中這種設備也能夠使液體流動數天。

具體來說，這種芯片能夠模擬樹木中的木質部和韌皮部。其中，木質部是一個由組織填充的通道，它使水分在樹木中向上傳輸；其他的通道稱為韌皮部，糖分和營養物質儲存在其中。在樹木中，水分通過木質部向上傳輸，隨后，經半透膜的滲透作用進入韌皮部。這些水分再通過韌皮部流下來，把營養物質帶到根部。

盡管研究人員之前已經開發了基于樹的迷你系統，但系統總是在數分鐘內停止輸送。這是因為它缺少一個穩定的糖分來源，就像葉子中光合作用會產生糖分。因此，水和糖之間維持滲透的良好平衡會被打亂。

為了解決這個問題，麻省理工學院的研究人員通過鉆入塑料“滑梯”模擬木質部和韌皮部的通道。模擬出來的木質部通道充滿了水，而韌皮部通道中含有水和糖分，它們由半透膜隔開。一個外加的膜放置于韌皮部上，再將糖立方體置于膜上，從而再現樹葉在光合作用中產生的糖分。接著，芯片被連接在管道上，以便系統把水從水箱中向上運送。

果然，芯片成功地使水自行抽上來并以恒定速率送入燒杯中。這個過程持續了數天。誠然，在芯片上模擬樹木看上去是一個有趣的思想實驗，但這個項目的目的是尋找一種經濟實惠的方法去開發小型機器人的液壓系統。

“這項工作的目標是用低成本完成復雜的工作，就像我們在大自然中看到的那樣。”麻省理工學院機械工程系教授兼執行副院長Anette Hosoi說道。“在一棵樹上再添加葉子或木質部通道是很容易的。但對小型機器人來說，從制造到集成再到驅動，一切都很難。如果我們能為復雜工作經濟化添磚加瓦，那將是非常激動人心的事情。我認為這些‘微流體泵’是我們朝這個方向邁出的第一步。”

但這一步有多大？

“如果你用一種巧妙的方法設計機器人，你完全可以在它身上貼一個糖塊，然后隨它去。”Hosoi說。

原文鏈接：Tree on a chip could lead to sugar-powered robots.

文獻鏈接：Passive phloem loading and long-distance transport in a synthetic tree-on-a-chip.

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，楊婧編譯，萬鑫浩審核，點我加入材料人編輯部。

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