吸树叶机器-小型吸树叶机器-吸树叶机工作视频
微流体装置产生“无源”液压动力，可用于驱动小型机器人。这种稳定的内部输运靠植物木质部与韧皮部中的导管和筛管来实现
不久前，麻省理工学院与其他地方的科学家合作。他们开发出一种全新微流体装置，叫做“树叶芯片”。该装置模仿树木及植物中养分的输运机制。像自然界中的植物一样，这块芯片无需外部能源就能工作。它能以稳定流速输送水与糖分，且能持续数日。该研究结果刊发在近日出版的《 Plant》杂志上。
麻省理工学院机械工程系教授安内特·霍索（“Peko” Hosoi）称。在不久以后。这一芯片上的无源水泵有可能被用作驱动小型机器人。
过去 工程师们只能用带微型可移动部件的液压系统 驱动小型机器人的复杂运动 但这种系统制作难度高 成本也高昂 麻省理工学院这个团队研发的新型水泵 或许会改变此现状 让未来小型机器人靠“吃糖”获取动力
液压原动力
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这项研究灵感源于树木，其最初目的是设计一款液压机器人，该机器人由液泵驱动。霍索对设计小型液压机器人兴趣浓厚，她期望这些小型机器人未来能与声名远扬的“机器狗”相媲美。“机器狗”由波士顿动力公司研发，有四条腿，体型和圣伯纳德犬相近。它能在崎岖山地奔跑跳跃，如同高性能山地车。
霍索称 对于小型系统 制造微型可移动部件成本高昂 于是我们思考 为何不制造小型液压系统 它能产生很大压力 且不包含任何可移动部件 接着我们自问 在自然界中 有这样的系统吗 最终我们意识到 大自然的树木就是这样的
目前生物学家对此过程的共识是：水在表面张力作用下，沿树木木质部的导管向上移动。之后，在渗透压作用下，水通过一层半透膜，进入韧皮部中含有糖和其他有机物的筛管。
随着韧皮部中糖分增多。在渗透压作用下。更多的水会从木质部自发扩散到韧皮部。最终。产生的水流会把糖分等有机物“冲刷”到根部。如此。根部产生渗透压。进而从土壤中吸入更多的水。然后通过导管向上传输。形成一个完美的循环。
树木内部构建的简单“水循环”传输模型，早在数十年前就被科学家发现。其原理容易理解且符合逻辑。但进行量化模拟时，科学家发现，这个简单模型无法解释植物中为何会出现稳定液体流动。
实际上，在这之前，工程师们尝试设计类似的微流体泵。他们制作出了木质部和韧皮部的仿生部件。然而在他们设计出的系统里，物质输送仅能维持短短几分钟。
现在 霍索教授的学生康姆泰特找出了树木泵送系统中重要拼图 是韧皮部和木质部之外的第三块 即叶子 叶子能通过光合作用产生糖分康姆泰特的最终模型中有这个额外糖源。糖分持续从叶子向植物韧皮部扩散。这增大了糖分与水分的浓度梯度。进而让整颗树能保持恒定渗透压。最终实现水分与营养物质的连续循环。
用糖来奔跑
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这一微流体泵对作为糖源的叶子进行了仿生
研究人员制造这款微流体芯片时，把两块塑料片夹在一起。在载玻片上钻出小通道，这些小通道代表木质部的导管和韧皮部的筛管。之后，用水填充导管，用糖水填充筛管。再用半透性材料隔开两个载玻片，以此模拟木质部和韧皮部之间的半透膜。
接下来在模拟韧皮部的载玻片上放置另一个膜在顶部放一块糖块代表从树叶扩散到韧皮部中的额外糖源最后他们把整套装置挂放在一根管子上水能从水箱流入微流体芯片中
这样简单设计后，这套系统能以恒定流速从罐子抽水。水经芯片后，被泵送到烧杯中。整个过程无需外加能源。此外，系统能持续工作数日。这比之前只能工作区区几分钟，是巨大进步。
霍索称 加上这个糖源后 微流体泵能稳定运行 可连续运行好多天 这正是他们想要的 他们一直想设计一个能植入微型机器人的设备
霍索还进行了设想。这种拟树微流体泵能够被内置于小型机器人中。它可以产生液压驱动力。凭借该驱动力能直接驱动机器人运动。如此一来便无需配备有源泵或其他部件。她表示。要是能对机器人进行巧妙设计。以后完全可以在机器人身上贴上一块方糖。机器人就会自行动起来。
相关论文第一作者是简·康姆泰特，他毕业于麻省理工学院机械工程系，是一名研究生。其他共同作者包括卡瑞·简森，他来自丹麦技术大学。还有罗伯特·特简和亚巴拉罕·斯特洛克，他们来自康奈尔大学。
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