工程师设计”树–A-片”

树木和其他植物，从高耸的红杉林到身材矮小的雏菊，是大自然的液压泵。他们不断地拉起水从根部到最顶层的叶子，和抽糖制作的落叶回根。这种源源不断的养分被穿梭通过组织称为木质部和韧皮部，木质，平行管道中一起包装系统。

现在在麻省理工学院和他们的合作者们工程师设计了微流控装置他们叫”树–一-片上，”模仿抽运机构的树木和植物。自然杂志一样，芯片经营被动，无需移动部件或外部泵。它是能够几天在稳定流量泵水和糖通过芯片。结果刊载本周在自然界的植物。

Anette”佩科”Hosoi，教授和行动在麻省理工学院机械工程系副系主任说芯片的被动抽可能简单的液压作动器小型机器人作为杠杆。工程师在小型机器人发现它困难和昂贵，使微小、 可移动部件和泵电源的复杂运动。团队的新泵机制可能使的机器人的运动由廉价、 糖动力泵推动。

“这项工作的目标是廉价的复杂性，像人在自然中看到，”Hosoi 说。”它很容易在一棵树中添加叶或木质部的另一个渠道。在小机器人，万事难，从制造，到集成到驱动。如果我们能使廉价的复杂性，那将是非常令人兴奋的构建基块。我认为这些 [微流控泵] 是朝这个方向迈出的一步。

Hosoi 的合著者在纸上是第一作者琼 Comtet 前, 研究生在麻省理工学院机械工程系;丹麦技术大学; 南丹延森和罗伯特 · 蒂尔容，亚伯拉罕论两种康奈尔大学。

液压电梯

组的树启发的作品在液压机器人由泵送流体动力源于项目。Hosoi 感兴趣的是设计液压机器人在小尺度上，可以执行操作类似于像波士顿动态的大狗，一个四条腿，圣伯那犬大小的机器人，跑，跳过崎岖的地形，大机器人由液压传动装置提供动力。

“对于小的系统，它往往是昂贵的制造微小的运动件，”Hosoi 说。”所以我们就想，’ 什么，如果我们可以制作一个小规模的液压系统，可以生成巨大的压力，没有移动部件吗？，然后我们问，什么？ 这在性质’原来树木做”。

生物学家之间的一般了解已经水，由表面张力，推进了一棵树的木质部，渠道传播，继而扩散通过半透膜，飘进的韧皮部含有糖分和其他营养物质的通道。

有更多的糖在韧皮部，更多水从流向的木质部韧皮部平衡出来的糖–水梯度，是被动的过程，称为渗透。由此产生的水流冲到根部养分。树木和植物被认为保持此泵送过程，随着更多的水来自他们的根。

“这个简单的模型的木质部和韧皮部一直知名几十年来，”Hosoi 说。”从定性的角度来看，它的意义。但当你实际运行的数字，你意识到这个简单的模型不允许稳态流动。

事实上，工程师曾试图树启发微流控泵的设计提供模仿木质部和韧皮部的部件的加工。但是他们发现，这些设计迅速停止抽在几分钟内。

它是确定一棵树上的三个主要部分的学生 Hosoi 的 Comtet 的抽油系统︰ 它的叶子，制造糖通过光合作用。Comtet 的模型包括糖，弥漫成植物韧皮部，增加的糖–水梯度，反过来保持恒定的渗透压，循环水和营养物质不断整个树的叶子从这额外来源。

在糖上运行

随着 Comtet 的假设，Hosoi 和她的团队设计的树–一-片上，模仿树的木质部、 韧皮部，和最重要的是，其糖生产微流控泵叶。

若要使芯片，研究人员夹在一起两个塑料幻灯片，通过他们钻小渠道代表木质部和韧皮部。他们木质部通道充满了水和韧皮部渠道与水和糖，然后用半透的材料来模仿木质部和韧皮部之间膜分隔两张幻灯片。他们另一个膜置于幻灯片包含韧皮部的通道，并在顶端，以表示额外的糖从一棵树的树叶做成的韧皮部扩散来源设置一块方糖。他们钩住管，水箱中的水送入为芯片到芯片。

这个简单的设置，芯片才能够对被动地泵水从水箱通过芯片与出进一只量杯，在恒定流量的几天，而以前不设计，只抽了几分钟。

“只要我们把这糖源中的，我们已运行天处于稳定状态，”Hosoi 说。”这正是我们的需要。我们希望我们实际上可以把机器人装置。

Hosoi 设想片上树泵可能建成一个小型的机器人生产液压驱动的运动，而不需要积极泵或零件。

如果你设计你的机器人在一个聪明的办法，你可以绝对方糖贴着它，让它去，”Hosoi 说。

这项研究部分，由国防高级研究计划署支持。