Кращі насоси завдяки слизовій плісняві
Натхнення для технічного прогресу часто можна знайти в природі. І це не завжди приємно. В експериментах із шламовими формами дослідники дослідили, як вони можуть особливо ефективно збільшити свою насосну здатність. Це може допомогти розробити більш потужні насоси для медичних технологій.
Геттінген - він жовтий і слизовий - і має численні дивовижні властивості: слизова цвіль Physarum polycephalum. Наприклад, він уже відомий тим, що знайшов найкоротший шлях через лабіринт або дотримувався збалансованої дієти, хоча у нього немає центральної нервової системи.
Зараз дослідники з Інституту динаміки та самоорганізації МПІДС Макса Планка показали в експериментах, що слиз може також спонтанно регулювати ефективність насоса, як тільки змінюються умови навколишнього середовища. Завдяки взаємодії двох накладених хвиль накачки, вона навіть не потребує більше енергії, і все одно може досягти значного збільшення продуктивності.
Пульсуюча мережа
Поживні речовини ритмічно течуть туди-сюди через трубчасте тіло шламової форми, при цьому самі трубки також функціонують як насоси, неодноразово стискаючись. Хвилі використовують перистальтику, тобто скорочення і розширення труб, ефект, який ми, люди, також знаємо, і який виникає, наприклад, в стравоході або кишечнику. Однак у випадку слизової форми існує суперпозиція двох хвиль: основної хвилі та обертона з подвоєною частотою.
Дослідники виявили, що під синім світлом, яке слизова цвіль намагається уникнути, одна з хвиль зміщується проти іншої, поки вони не досягнуть оптимальної насосної потужності. Якщо хвилі знаходяться в оптимальному сузір’ї, вони працюють разом, щоб стиснути трубку ще ближче. Це дозволяє підвищити ефективність, не витрачаючи більше енергії на самі хвилі.
У сповільненому відео BBC ви можете побачити мережу слизової цвілі, що поширюється у пошуках поживних речовин:
Чудова продуктивність - навіть без мозку
У майбутньому спостереження можуть бути використані в медичних технологіях або в м'якій робототехніці, в яких перистальтика вже використовується сьогодні. Однак для авторів це особливо вражаючий приклад, коли природа випереджає технології.
Дослідник MPIDS Стефан Карпічка каже: “У маленького жовтого лісового мешканця Physarum polycephalum багато складності, яку потрібно освоїти: в’язкопружний клітинний матеріал, постійно мінливі умови навколишнього середовища і відсутність мозку для координації всього цього. І все ж йому вдається ідеально уникнути конуса світла всього за двадцять хвилин, відрегулювавши свою ефективність насоса розумним трюком - і навіть не потребує більше енергії ".
Досьє про біоніку
Технологія, заснована на природі
Оригінальна публікація: Фелікс Бауерле, Стефан Карпічка та Карен Алім, Жива система адаптує гармоніки перистальтичної хвилі для економічно ефективної оптимізації продуктивності накачування, Physical Review Letters 124 (2020) 098102; DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.098102
* C. Hoffrogge, Інститут динаміки та самоорганізації Макса Планка, 37077 Göttingen
Імітація частинок для самоорганізації
Комети живої речовини
Гравітаційні коливання внаслідок землетрусів
Як використовувати гравітацію для прогнозування цунамі