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射击种子的植物启发研究人员设计更好的跳跃机器人

来源:cnBeta 2023-08-26 20:27:47


(资料图片)

金缕梅属的植物有一项独特的技能--它能以每秒 30 英尺(9 米)的速度射出种子。科学家们现在知道了这种植物是如何做到这一点的,并相信他们的发现可以应用到人类技术中。在生物力学研究生贾斯汀-豪尔赫(Justin Jorge)和希拉-帕泰克(Sheila Patek)教授的带领下,北卡罗来纳州杜克大学的一个研究小组首先录制了三种金缕梅果实蒴果排出种子时的视频。

由于种子在半毫秒内就能达到最大速度,因此视频必须以每秒 10 万帧的速度拍摄。您可以在下面的视频中看到种子的动作:

由此产生的超慢动作镜头显示,当果实蒴果变干时,它们会像变形的木头一样向内翘起,从后面夹住封闭种子的两侧。一旦张力达到一定程度,种子就会飞出来。

豪尔赫说:"这就好比你用手指挤压西瓜籽,它就会飞出来。"

有趣的是,研究发现,尽管最重的种子比最轻的种子重 10 倍,但它们的飞行速度却大致相同。这是因为在种子较大的植物中,果实蒴果也相应较大,使它们能够产生和储存更多的弹性能量。

"说到有弹性的东西,我们通常会想到橡皮筋、线圈或弓箭,"豪尔赫说。"但在生物学中,我们有所有这些奇怪、复杂的形状。也许这些形状有一些好处,可以用来改进合成弹簧的设计,比如用于小型跳跃机器人的弹簧。"

有关这项研究的论文最近发表在《英国皇家学会界面期刊》(Journal of the Royal Society Interface)上。

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