خبر

  • تک بورد - دانشمندان برای ایجاد Velcro زیست تخریب پذیر از گیاه علف الهام گرفته اند

    دانشمندان برای ایجاد Velcro زیست تخریب پذیر از گیاه علف الهام گرفته اند


    1 ماه قبل

    ساختار ریز قلاب مصنوعی ایجاد ریزدستگاه‌هایی را برای نظارت بر گیاهان امکان‌پذیر می‌سازد
    Velcro یک بست قلاب و حلقه مبتکرانه است که از طبیعت الهام گرفته شده است - به‌ویژه کاکل‌برها. اکنون دانشمندان انستیتوی فناوری ایتالیا به نفع خود باز می گردند. بر اساس مقاله ای که در ماه نوامبر در مجله Communications Materials منتشر شده است، آنها اولین Velcro زیست تخریب پذیر را ایجاد کرده اند که از گیاهان بالارو

    به ندرت زمانی وجود دارد که در مورد هر داستان علمی جالبی که به سراغ ما می آید بنویسیم. بنابراین امسال، ما یک بار دیگر مجموعه پست‌های ویژه دوازده روز کریسمس را اجرا می‌کنیم، که هر روز، از 25 دسامبر تا 5 ژانویه، یک داستان را برجسته می‌کند. طبیعت

    خالق Velcro یک مهندس سوئیسی به نام جورج د مسترال بود که عشق خود به اختراع را با اشتیاق به فضای باز عالی ترکیب کرد. پس از اتمام مدرسه، در ماشین سازی یک شرکت مهندسی سوئیس مشغول به کار شد. در سال 1948، د مسترال یک تعطیلی دو هفته ای از محل کار گرفت تا به شکار پرندگان شکار کند. هنگامی که با اشاره گر ایرلندی خود در کوه های ژورا در حال پیاده روی بود، گرفتار کاکلبورها (دانه های بیدمشک) شد که بی امان به لباس و خز سگش چسبیده بودند.

    جدا کردن این دانه سرسخت بسیار دشوار بود. غلاف‌هایی که de Mestral با نحوه ساخت آنها مجذوب شد و تعدادی را زیر میکروسکوپ بررسی کرد. او متوجه شد که قسمت بیرونی هر سوراخ با صدها قلاب ریز پوشیده شده است که در حلقه‌های نخ یا در مورد سگ خز قرار می‌گیرد. و این به او ایده ای برای یک بست مصنوعی مشابه داد.

    بسته گیر قلاب و حلقه که با علامت تجاری <b>Velcro</b> شناخته می شود توسط یک مهندس سوئیسی به نام جورج د مسترال در دهه 1950 اختراع شد.بزرگ کردن / بست قلاب و حلقه که با علامت تجاری Velcro شناخته می شود توسط یک مهندس سوئیسی به نام جورج د مسترال در دهه 1950 اختراع شد.iStock/Getty Images

    بیشتر کارشناسان پارچه و پارچه که او با آنها در لیون، فرانسه - که در آن زمان مرکز جهانی صنعت بافندگی بود - گفتگو کرد، نسبت به کارایی این ایده تردید داشتند. اما یکی از بافندگان در عشق د مسترال به اختراع شریک بود. او که با دست روی یک ماشین بافندگی کوچک کار می‌کرد، موفق شد دو نوار نخی ببافد که به همان قدرتی که کاکل‌برها بسته می‌شدند. De Mestral این اختراع را Velcro نامید که از کلمات فرانسوی VELours ("مخمل") و CROchet ("قلاب") گرفته شده است. نام علامت تجاری به طور رسمی در 13 مه 1958 به ثبت رسید. در آن زمان، د مسترال کار خود را با شرکت مهندسی رها کرده بود و وام 150000 دلاری برای تکمیل مفهوم و تأسیس شرکت خود برای تولید بست‌های قلاب و حلقه جدید خود دریافت کرد.

    Velcro که به طور رسمی در سال 1960 معرفی شد، فوراً موفقیت آمیز نبود، اگرچه ناسا آن را برای وارد کردن و بیرون آوردن فضانوردان از لباس های فضایی حجیم مفید دانست. سرانجام، تولیدکنندگان لباس‌های کودکان و لباس‌های ورزشی به این فرصت‌ها پی بردند و این شرکت به زودی بیش از 60 میلیون یارد Velcro در سال به فروش رساند و از De Mestral به یک میلیونر تبدیل شد. او در سال 1990 درگذشت و نه سال بعد به تالار مشاهیر مخترعان ملی معرفی شد.

    که معمولاً از نایلون ساخته می‌شود، در کفش‌های کتانی، کوله پشتی، کیف پول، ژاکت، بند ساعت، سرآستین فشار خون و اسباب بازی هایی مانند تخته دارت ایمن برای کودکان. حتی به نگه داشتن قلب انسان در اولین پیوند قلب مصنوعی کمک کرد. «چسبندگی» از ساختار آن ناشی می‌شود: دو نوار چسب Velcro را زیر میکروسکوپ بررسی کنید، می‌بینید که یک نوار حاوی حلقه‌های میکروسکوپی است، در حالی که نوار دیگر دارای قلاب‌های کوچکی است که به حلقه‌ها می‌چسبند تا محکم ببندند

    تصویر SEM از برگ‌های علف هرز. قلاب‌های کوچک روی برگ‌های آن به آن اجازه می‌دهد در حین رشد روی سطوح گیاهان دیگر بچسبد و از آنها برای حمایت فیزیکی استفاده کند.بزرگ‌نمایی / SEM تصویر برگ‌های علف هرز. قلاب‌های کوچک روی برگ‌های آن به آن اجازه می‌دهد در حین رشد روی سطوح گیاهان دیگر لنگر بیاندازد و از آنها برای حمایت فیزیکی استفاده کند. برای نظارت بر گیاهان در محل برای تشخیص بیماری، و همچنین تحویل مواد مختلف به گیاهان. با این حال، تعداد کمی از چنین وسایلی را می توان مستقیماً بدون آسیب رساندن به برگ های گیاه وصل کرد. بهترین گزینه های فعلی سنسورهایی هستند که با چسب های شیمیایی یا با گیره ها متصل شده اند. همچنین تکه‌های مبتنی بر میکروسوزن در دست توسعه هستند که می‌توانند برای تشخیص بیماری به برگ‌ها نفوذ کنند.

    Fiorello et al. الهام بخش را در گیاه علف معمولی (گالیوم آپارین) یافت. می تواند تشک های متراکم و درهم بر روی زمین ایجاد کند و در حالی که گیاهان می توانند تا شش فوت رشد کنند، نمی توانند به تنهایی بایستند و در عوض باید از گیاهان دیگر برای حمایت استفاده کنند. نویسندگان نوشتند، برای این منظور، گیاهان علف هرز بر یک مکانیسم منحصربفرد لنگر انگلی مانند جغجغه‌دار برای بالا رفتن از گیاهان میزبان، با استفاده از قلاب‌های میکروسکوپی برای اتصال مکانیکی به برگ‌ها، تکیه می‌کنند.

    تیم ایتالیایی از نزدیک این موضوع را مورد مطالعه قرار داد. ساختار microhook، و سپس از یک چاپگر سه بعدی با وضوح بالا برای ایجاد نسخه های مصنوعی، با استفاده از مواد مختلف - از جمله مواد حساس به نور و زیست تخریب پذیر ساخته شده از یک ماده قند مانند به نام ایزومالت استفاده کرد. تکثیر مصنوعی آنها کاملاً قادر به اتصال به بسیاری از گونه‌های مختلف گیاهی است، درست مانند همتایان طبیعی‌شان.

    میکروقلاب‌ها برای نفوذ به کوتیکول <b>گیاه</b> به روشی به سختی تهاجمی طراحی شده‌اند و به گیاهان اجازه نظارت و درمان می‌دهند. با چسباندن به گیاه، قلاب های ایزومالت می توانند به سیستم آوندی برگ متصل شوند و از آنجایی که ایزومالت محلول است، در داخل آن حل می شوند. برای <b>ایجاد</b> <b>Velcro</b> <b>تخریب</b> پذیری از <b>گیاه</b> علف <b>الهام</b> <b>گرفته</b> اندEnlarge / Microhooks برای نفوذ طراحی شده اند. کوتیکول گیاه را به روشی به سختی تهاجمی می کند که به گیاهان اجازه نظارت و درمان می دهد. با چسبیدن به گیاه، قلاب های ایزومالت می توانند به سیستم آوندی برگ متصل شوند و از آنجایی که ایزومالت محلول است، در داخل آن حل می شود. IIT-Istituto Italiano di Tecnologia

    به‌عنوان یک برنامه اولیه، تیم دستگاهی طراحی کرد که می‌توانست با حداقل تهاجم به کوتیکول گیاه نفوذ کند، در نتیجه گیاه را قادر می‌سازد تحت نظارت و در صورت لزوم درمان شود. ریزقلاب های ایزومالت به سیستم آوندی برگ ها متصل می شوند و سپس در داخل حل می شوند، زیرا ایزومالت حل می شود. انتشار کنترل شده آفت کش ها، باکتری کش ها یا مواد دارویی روی برگ ها. این امر نیاز به کاربرد گسترده آفت کش ها را تا حد زیادی کاهش می دهد. و از آنجایی که گچ پس از اجرا حل می شود، هیچ زباله اضافی وجود ندارد.

    این تیم همچنین قلاب هایی را که از یک رزین حساس به نور ساخته شده بود، چاپ کردند و آنها را با حسگرهایی برای نور، دما و رطوبت جمع کردند تا هوشمند شوند. کلیپ هایی برای فعال کردن نظارت بی سیم از گرمای گیاه. گیره‌ها به برگ‌های منفرد متصل می‌شوند و به لطف نرم‌افزار رایانه‌ای سفارشی‌شده، داده‌ها را به‌صورت بی‌سیم منتقل می‌کنند.

    نمونه اولیه در برابر شرایط باد مقاوم است و قادر به اندازه‌گیری در زمان واقعی تا ۵۰ روز بود. این دستگاه‌ها را می‌توان برای کاربردهای گیاه‌شناسی در مقیاس کوچک استفاده کرد یا می‌توان آن‌ها را بزرگ‌تر کرد. به عنوان مثال، به گفته نویسندگان، کشاورزان می‌توانند بسیاری از چنین دستگاه‌هایی را برای نقشه‌برداری و نظارت بهتر مناطق کشت گسترده توزیع کنند.

    قلاب‌های چاپ شده با رزین حساس به نور را می‌توان با وسایل الکترونیکی و حسگرها برای نور، دما مونتاژ کرد. و رطوبت. این گیره های هوشمند برای نظارت بی سیم <b>گیاه</b> از طریق هر دو طرف برگ <b>ایجاد</b> می کند.Enlarge / قلاب های چاپ شده با رزین حساس به نور را می توان همراه با وسایل الکترونیکی و حسگرها برای نور، دما و رطوبت مونتاژ کرد. این گیره های هوشمندی را برای نظارت بی سیم گیاه از طریق هر دو طرف برگ ایجاد می کند.IIT-Istituto Italiano di Tecnologia

    در نهایت، Fiorello و همکاران. یک سیستم ریز رباتیک ایجاد کرد که قادر بود با استفاده از گام‌های کوچک روی سطح برگ‌ها حرکت کند و از حرکت جغجغه‌مانند گیاه علف‌گیر کپی کند. مکانیسم‌های محرک مشابهی قبلاً در ربات SpinyBot دانشگاه استنفورد - که به لطف مجموعه‌ای از خارهای مینیاتوری روی پاهایش قادر به پوسته پوسته شدن سطوح سخت و صاف است - و روبات‌های CLASH دانشگاه کالیفرنیا، برکلی که قادر به بالا رفتن از سطوح پارچه‌ای معلق هستند، نشان داده شده است. مانند پرده ها.

    میکروربات IIC به یک محرک چند فازی سیال نرم متکی است که از راه دور توسط چرخه روشن و خاموش یک لیزر نزدیک به مادون قرمز هدایت می شود. نویسندگان نوشتند: "تا جایی که ما می دانیم، این اولین ماشین الهام گرفته شده از گیاه است که قابلیت اثبات مفهومی دارد و قادر به لنگر انداختن برگشت پذیر پویا ضامن دار مانند روی یک برگ است."، اگرچه ربات نرم آنها صرفاً برای اهداف نمایشی است. برای اطمینان از عملکرد چنین دستگاه‌هایی در محیط‌های طبیعی، مانند مانور در میان پوشش گیاهی متراکم در شرایط آب و هوایی مختلف، باید بر موانع بسیاری غلبه کرد.

    «مطالعات ما همیشه با مشاهده طبیعت آغاز می‌شود و به دنبال تکرار استراتژی‌های به کار رفته در زندگی هستیم. باربارا مازولای، معاون مدیر رباتیک در IIT، که سرپرست آزمایشگاه رباتیک نرم IIT با الهام از زیست محیطی است، می‌گوید. با این پروژه تحقیقاتی اخیر، ما بیشتر نشان داده‌ایم که می‌توان راه‌حل‌های نوآورانه‌ای ایجاد کرد که نه تنها هدفشان نظارت بر سلامت سیاره ما، به‌ویژه گیاهان است، بلکه انجام این کار بدون تغییر آن است. >

    DOI: Communications Materials, 2021. 10.1038/s43246-021-00208-0  (درباره DOIها).

    ویدیو توسط موسسه فناوری ایتالیا.


    تگ ها:

    دانشمندان , ایجاد , velcro , زیست , تخریب , پذیر , گیاه , الهام , گرفته


    v 7




خبرهای دیگر از علوم پایه