Forskare i Sydkorea har kvantitativt dekonstruerat vad de beskriver som de "geniala rörlighetsstrategierna" för frön som själv gräver sig roterande i marken. Detta är ett exempel på de många sätt som naturen använder biologisk geometri för att ge växter muskelliknande förmågor.

Professor Ho-Young Kim, från Seoul National University i Korea, tog ihop sina kollegor för att starta ett forskningsprojekt baserat på inspiration han tog från att titta på en växtdokumentär. Frön manövrerades för att gräva ner i jorden med hjälp av ett lindat tillägg, känd som en awn, som reagerar på fukt. Teamet undersökte den här awnens grävande och upptäckte hur nubilspirorna verkar efterlikna en borr för att begrava sig själva. Deras fynd, publicerades förra veckan i tidningen Vätskans fysik , kan få dramatiska konsekvenser för att förbättra jordbruksrobotik.

"Det var en överraskning för oss att växten kan producera effektiva rörelser utan muskler. Vi undersökte omedelbart växtarter med självgrävande frön och identifierade växtarter med liknande grävstrategier, "sa Wonjong Jung, en före detta student av Kim och nu seniorforskare vid Samsung Advanced Institute of Technology i Korea. "Även om fröna från vissa växter som vildvete har enkla krökta markiser som bara uppvisar böjningsrörelser, fröna från andra växter med spiralformade markiser kan generera roterande rörelser för grävning. Vi tyckte att det var mycket troligt att fröna snurrar själva för att underlätta grävningen. "

Forskargruppen studerade frön från den blommande arten Pelargonium, vars spiralformade spiral svarar på fuktighet, visar hygroskopisk expansion. I fuktiga miljöer, awn deformeras för att räta ut. Om fröet är förankrat, denna reaktion kan skapa drag mot jorden när avlindningsspolen roterar och gräver fröet roterande.

"Vårt arbete belyser den överraskande funktionaliteten och skönheten i naturlig design, "Wonjung Kim, sa en professor vid Sogang University i Korea. "Även om växter i allmänhet inte kan producera aktiva rörelser på grund av deras brist på muskler, vissa frön har utvecklats för att skapa grävande mot en bättre groning. Mer överraskande, när en spiralformad awn utnyttjas, begravningsstrategin är anmärkningsvärt bra för dragreducering. "

Utöver att belysa en annan av evolutionens underbara mekaniska utvecklingar, de matematiska modellerna som följer av detta arbete har direkta tillämpningar på nuvarande och nästa generations robotik. Att förstå mekaniken hos dessa frön och hur deras rörelse minskar dragkraften i jordens granulära miljö fördjupar vår insikt om jordgrävande maskindesign.

"För att få miljöinformation som jordföroreningar i otillgängliga områden som rymdplaneter, slagfält, eller katastrofområden, små robotar behövs, "Kim sa." Vår forskning har visat en minskning av partikelmotstånd genom rotation, som informerar om en effektiv inkräktarmetod för att gräva robotar. Vidare, självgrävande markiser ger inspiration för att designa icke-motoriserade robotar som svarar på olika stimuli som värme, ljus, och luftfuktighet. "