射擊種子的植物啟發研究人員設計更好的跳躍機器人
金縷梅屬的植物有一項獨特的技能–它能以每秒30 英尺(9 米)的速度射出種子。科學家們現在知道了這種植物是如何做到這一點的,並相信他們的發現可以應用到人類技術中。在生物力學研究生賈斯汀-豪爾赫(Justin Jorge)和希拉-帕泰克(Sheila Patek)教授的帶領下,北卡羅來納州杜克大學的一個研究小組首先錄製了三種金縷梅果實蒴果排出種子時的視頻。
由於種子在半毫秒內就能達到最大速度,因此視頻必須以每秒10 萬幀的速度拍攝。您可以在下面的視頻中看到種子的動作:
由此產生的超慢動作鏡頭顯示,當果實蒴果變乾時,它們會像變形的木頭一樣向內翹起,從後面夾住封閉種子的兩側。一旦張力達到一定程度,種子就會飛出來。
豪爾赫說:”這就好比你用手指擠壓西瓜籽,它就會飛出來。”
有趣的是,研究發現,儘管最重的種子比最輕的種子重10 倍,但它們的飛行速度卻大致相同。這是因為在種子較大的植物中,果實蒴果也相應較大,使它們能夠產生和儲存更多的彈性能量。
“說到有彈性的東西,我們通常會想到橡皮筋、線圈或弓箭,”豪爾赫說。”但在生物學中,我們有所有這些奇怪、複雜的形狀。也許這些形狀有一些好處,可以用來改進合成彈簧的設計,比如用於小型跳躍機器人的彈簧。”
有關這項研究的論文最近發表在《英國皇家學會界面期刊》(Journal of the Royal Society Interface)上。