Jobb szivattyúk a nyálkás penésznek köszönhetően
A technikai fejlődés inspirációja gyakran megtalálható a természetben. És ez nem mindig szép. A nyálkás penészgombákkal végzett kísérletek során a kutatók most azt vizsgálták, hogyan tudják különösen hatékonyan növelni a szivattyúzási kapacitásukat. Ez segíthet az orvostechnika erősebb szivattyúinak kifejlesztésében.
Göttingen - Sárga és nyálkás - és számos meglepő tulajdonsággal rendelkezik: A nyálkás penészgomba Physarum polycephalum. Például már ismert arról, hogy megtalálja a legrövidebb utat egy labirintuson keresztül, vagy kiegyensúlyozott étrendet követ, annak ellenére, hogy nincs központi idegrendszere.
Az MPIDS Max Planck Dinamikai és Önszerveződési Intézetének kutatói most kísérletekkel kimutatták, hogy a nyálkás penész spontán módon is képes beállítani a szivattyú hatékonyságát, amint a környezeti feltételek megváltoznak. Két egymásra helyezett szivattyúhullám kölcsönhatásának köszönhetően nem is igényel több energiát, és így is jelentős teljesítménynövekedést érhet el.
Pulzáló hálózat
A tápanyagok ritmikusan áramlanak oda-vissza a nyálkaforma csőszerű testén, és maguk a csövek is szivattyúként működnek, ha ismételten összehúzódnak. A hullámok perisztaltikát, azaz a csövek összehúzódását és tágulását használják, ezt a hatást mi emberek is ismerjük, és ami például a nyelőcsőben vagy a belekben fordul elő. A nyálkás penész esetében azonban két hullám szuperpozíciója van: egy alap hullám és egy kétszeres frekvenciájú felhang.
A kutatók azt találták, hogy kék fény alatt, amelyből a nyálkás penész megpróbál elmenekülni, az egyik hullám addig tolódik a másikhoz képest, amíg el nem éri az optimális szivattyúzási teljesítményt. Ha a hullámok az optimális konstellációban vannak, akkor együtt dolgoznak, hogy a csövet még szorosabban összenyomják. Ez lehetővé teszi a hatékonyság növelését anélkül, hogy több energiát kellene bevinni magukba a hullámokba.
A BBC time-lapse videója bemutatja, hogyan terjed a nyálkás penészhálózat tápanyagok keresése közben:
Nagyszerű teljesítmény - agy nélkül is
A jövőben a megfigyeléseket fel lehet használni az orvostechnikában vagy a puha robotikában, amelyben a perisztaltikát már ma is használják. A szerzők számára azonban különösen megdöbbentő példa, amikor a természet megelőzi a technológiát.
Stefan Karpitschka, az MPIDS kutatója elmondta: „A kis sárga erdei lakos, a Physarum polycephalumban nagyon sok bonyolultság van, amelyet el kell sajátítani: Viskoelasztikus sejtanyag, folyamatosan változó környezeti feltételek és nincs agy az egész koordinálásához. Pedig mindössze húsz perc elteltével sikerül tökéletesen kibújnia a fény kúpjától, azáltal, hogy okos trükkel beállítja a szivattyú hatékonyságát - és nem is igényel több energiát. "
Bionika dosszié
A természeten alapuló technológia
Eredeti kiadvány: Felix Bäuerle, Stefan Karpitschka és Karen Alim, a Living system adaptálja a perisztaltikus hullám harmonikusait a szivattyúteljesítmény költséghatékony optimalizálása érdekében, Physical Review Letters 124 (2020) 098102; DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.098102
* C. Hoffrogge, Max Planck Dinamikai és Önszerveződési Intézet, 37077 Göttingen
Részecskeszimulációk önszerveződéshez
Élő anyag üstökösök
A földrengések miatti gravitációs ingadozások
Hogyan lehet használni a gravitációt a szökőár előrejelzésére