「リーフチップ」が小型ロボットに油圧パワーを提供

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マサチューセッツ工科大学（MIT）は最近、同校の研究者らが樹木や植物のポンプ機構を模倣して「リーフチップ」と呼ばれるマイクロ流体デバイスを設計したと発表した。このデバイスは、チップ内で水、糖分、その他の物質を数日間にわたり一定の流量で輸送することができる。ネイチャー・プランツ誌に掲載されたこの最新の成果は、小型ロボット用の低コストの油圧動力装置につながる可能性がある。

セコイアからヒナギクまで、木や多くの植物の木質組織と靭皮組織系は天然の水圧ポンプを形成し、エネルギーを使わない浸透圧プロセスを通じて、根から上部の葉に水を送り、葉から糖などの栄養素を根に送り返すことができます。この知識に基づいて、これまでの研究では木材や靭皮を模倣したマイクロ流体ポンプが開発されてきたが、こうした設計は数分間しか作動せず停止してしまうことが多く、あまり効果的ではない。

この新しい研究では、MIT機械工学教授アーネット・ホッソイ氏と彼のチームは、樹木のポンプシステムのもう一つの重要な部分である葉をマイクロ流体デバイスに組み込みました。新しい「リーフチップ」は、木材と靭皮をシミュレートするだけでなく、光合成によって糖を吸い上げ、葉から靭皮に糖を輸送し、糖と水の濃度差を増加させて安定した浸透圧を維持し、数分から数日間、チップ内で水と栄養素を循環させ続ける葉もシミュレートします。

「リーフチップ」はサンドイッチ構造を採用しており、木材と靭皮をそれぞれ表す 2 つのプラスチック スライドが、中央の半透膜で区切られています。木製スライドの小さな溝には水が満たされ、師管スライドの小さな溝には砂糖水が満たされています。師管スライドは別の膜層で覆われており、葉が常に師管に糖分を補給している様子を再現しています。実験チームは「葉チップ」を試験管に接続し、試験管内の水をチップに送り込むことに成功し、その後、その水を別のビーカーに送り込んだ。

過酷な環境では、作業を実行するためにマイクロロボットが必要になることがよくあります。これらのロボットを「走らせたりジャンプさせたり」するには、マイクロアクティブコンポーネントをインストールするのが難しいだけでなく、コストもかかります。現在、「リーフチップ」はマイクロ油圧システムとして機能し、糖分を補給することで強力な浸透圧を提供し、他の部品を設置することなくマイクロロボットを低コストで動作させることができます。