Magia ingegnerizzata: i trasportatori di semi in legno imitano il comportamento del sé

Aug 08, 2023

Il modo in cui i semi si impiantano nel terreno può sembrare magico. Prendi alcune varietà di Erodium, i cui fiori a cinque petali viola, rosa o bianchi sembrano gerani.

Il seme di queste piante è portato all'interno di un gambo sottile e strettamente avvolto. Durante la pioggia o l'umidità elevata, il gambo a cavatappi si srotola e attorciglia il seme nel terreno, dove può mettere radici ed è al sicuro dagli uccelli affamati e dalle difficili condizioni ambientali.

Ispirato dalla magia di Erodium, Lining Yao(si apre in una nuova finestra), assistente professore di interazione uomo-computer Cooper-Siegel presso la Carnegie Mellon University, ha lavorato con un team di collaboratori per progettare un portatore di semi biodegradabile denominato E-seed. Il loro portasementi, realizzato con impiallacciatura di legno, potrebbe consentire la semina aerea di aree di difficile accesso e potrebbe essere utilizzato per una varietà di semi o fertilizzanti e adattato a molti ambienti diversi. È un'idea su cui Yao, figlia di agricoltori part-time, medita fin da quando era dottoranda. studente al MIT a metà degli anni 2010.

"La sepoltura dei semi è stata studiata approfonditamente per decenni in termini di meccanica, fisica e scienza dei materiali, ma fino ad ora nessuno ha creato un equivalente ingegneristico", ha affermato Yao, direttore del Morphing Matter Lab(si apre in una nuova finestra) nella Scuola. dell'Human-Computer Interaction Institute di Computer Science(si apre in una nuova finestra).(si apre in una nuova finestra) "La ricerca sui portatori di semi è stata particolarmente gratificante per il suo potenziale impatto sociale. Siamo entusiasti di cose che potrebbero avere un effetto benefico sulla natura."

La ricerca del team è apparsa nel numero di febbraio di Nature(si apre in una nuova finestra).

Danli Luo, ex assistente di ricerca presso il Morphing Matter Lab e autore principale dell'articolo su Nature, ha affermato che la progettazione e la costruzione del trasportatore di semi sono state ispirate dal meccanismo di autoseppellimento che Erodium ha evoluto adattandosi ai climi aridi.

Il gambo dell'Erodium forma un corpo strettamente avvolto che trasporta i semi con una lunga coda ricurva nella parte superiore. Quando inizia a svolgersi, la coda attorcigliata si aggancia al terreno, facendo sì che il trasportatore del seme si raddrizzi. Un ulteriore svolgimento crea la coppia necessaria per perforare il terreno, seppellendo il seme.

Ma il trasportatore a una coda di Erodium funziona bene solo su terreni con fessure. Per impiegare i propri portatori di semi elettronici in una gamma più ampia di ambienti, il team di ricerca ha sviluppato una versione a tre code (nella foto) che è più efficiente nello spingersi in posizione verticale.

"La geometria può migliorare la funzionalità dei materiali oltre ciò che la natura ci offre. Inoltre rende il design versatile per essere applicato ad altri materiali", ha affermato Shu Yang, scienziato dei materiali e coautore dell'Università della Pennsylvania.

I ricercatori hanno preso in considerazione una serie di possibili materiali per i loro trasportatori, tra cui idrogel, carta e altre forme di cellulosa lavorata. Alla fine hanno scelto impiallacciature di quercia bianca – una specie di albero abbondante nello Schenley Park adiacente al campus della CMU a Pittsburgh – e ampiamente utilizzata nei mobili. Come Erodium, le faccette rispondono all'umidità.

"I semi hanno una risposta magica alla pioggia", ha detto Yao.

Cresciuta nella Mongolia Interna, Yao ha imparato presto dai suoi genitori l’importanza di sincronizzare il processo di semina con la prospettiva della pioggia. Il suo apprezzamento per quel tempismo è cresciuto durante questo progetto, poiché i ricercatori hanno effettuato numerosi test sul campo dei portatori, piuttosto che solo test di laboratorio. Ciò significava che dovevano tenere d'occhio il tempo, portando i trasportatori su un campo di prova quando la pioggia era in vista.

Il team ha sviluppato un processo in cinque fasi che comprende sia il lavaggio chimico che lo stampaggio meccanico per produrre i portasementi. Sebbene i trasportatori siano attualmente fabbricati in laboratorio, i ricercatori prevedono di adattare il processo su scala industriale.