Onderzoekers in Zuid-Korea hebben kwantitatief gedeconstrueerd wat zij omschrijven als de 'ingenieuze mobiliteitsstrategieën' van zaden die zichzelf roterend in de grond graven. Dit is een voorbeeld van de vele manieren waarop de natuur biologische geometrie gebruikt om planten spierachtige vermogens te geven.

Professor Ho-Young Kim, van de Seoul National University in Korea, bracht zijn collega's samen om een ​​onderzoeksproject te starten op basis van inspiratie die hij ontleende aan het kijken naar een plantendocumentaire. Zaden gemanoeuvreerd om in de grond te graven met behulp van een opgerold aanhangsel, bekend als een luifel, dat reageert op vocht. Het team onderzocht het gravende van deze voortent en ontdekte hoe de huwbare spruiten een boor lijken na te bootsen om zichzelf te begraven. Hun bevindingen, vorige week gepubliceerd in het tijdschrift Fysica van vloeistoffen , kan dramatische gevolgen hebben voor de verbetering van landbouwrobotica.

"Het was een verrassing voor ons dat de plant effectieve bewegingen kan maken zonder spieren. We onderzochten onmiddellijk plantensoorten met zelfgravende zaden en identificeerden plantensoorten met vergelijkbare graafstrategieën, " zei Wonjong Jung, een voormalig student van Kim en nu senior onderzoeker aan het Samsung Advanced Institute of Technology in Korea. "Hoewel de zaden van sommige planten, zoals wilde tarwe, eenvoudige gebogen bogen hebben die alleen buigende bewegingen vertonen, de zaden van andere planten met spiraalvormige kappen kunnen roterende bewegingen genereren om te graven. We dachten dat het zeer waarschijnlijk was dat de zaden zichzelf spinnen om het graven te vergemakkelijken."

Het onderzoeksteam bestudeerde zaden van de bloeiende soort Pelargonium, waarvan de spiraalvormig opgerolde luifel reageert op vochtigheid, hygroscopische expansie aantonen. In vochtige omgevingen, de luifel vervormt om recht te trekken. Als het zaad verankerd is, deze reactie kan stuwkracht tegen de grond veroorzaken terwijl de afwikkelspoel het zaad roterend graaft en begraaft.

"Ons werk belicht de verrassende functionaliteit en schoonheid van natuurlijk design, "Wonjung Kim, zei een professor aan de Sogang University in Korea. "Hoewel planten over het algemeen geen actieve bewegingen kunnen maken vanwege hun gebrek aan spieren, sommige zaden zijn geëvolueerd om graven te creëren in de richting van een betere kiemomgeving. Meer verrassend, wanneer een luifel met spiraalvormige vorm wordt gebruikt, de begraafstrategie is opmerkelijk goed voor het verminderen van weerstand."

Naast het benadrukken van nog een van de wonderbaarlijke mechanische ontwikkelingen van de evolutie, de wiskundige modellen die uit dit werk voortkomen, hebben directe toepassingen op de huidige en volgende generatie robotica. Inzicht in de mechanica van deze zaden en hoe hun beweging de weerstandskracht van de korrelige omgeving van de grond vermindert, verdiept ons inzicht in het ontwerp van grondgraafmachines.

"Om milieu-informatie te verkrijgen, zoals bodemverontreiniging in ontoegankelijke gebieden zoals ruimteplaneten, slagvelden, of rampgebieden, er zijn kleine robots nodig, "Zei Kim. "Ons onderzoek heeft een vermindering van de weerstand van deeltjes aangetoond door rotatie, die een efficiënte indringerontwerpmethode voor graafrobots informeert. Verder, zelfgravende luifels bieden inspiratie voor het ontwerpen van niet-gemotoriseerde robots die reageren op verschillende stimuli zoals hitte, licht, en vochtigheid."