你漫步在花園、草地或森林,常常會(huì)對(duì)舒展的葉、多姿的莖、美麗的花而贊嘆不已、流連忘返。不過(guò)請(qǐng)注意,眼前的各種植物幾乎都有自身的一半是隱藏在地下的。植物的根雖然長(zhǎng)得不起眼,其實(shí)倒是植物的精華部分。它們會(huì)收集關(guān)于當(dāng)?shù)匚锢硇誀詈屯寥阑瘜W(xué)成分的信息,決定根往哪個(gè)方向繼續(xù)生長(zhǎng);而根穿透土壤所消耗的能量,比起蚯蚓、鼴鼠或人工鉆孔來(lái)說(shuō),都只是個(gè)零頭。因此,有人認(rèn)為在已知的地下勘探系統(tǒng)中,植物的根是最有效的。
是好東西,總會(huì)有人惦記的。意大利技術(shù)研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)一直在研制“機(jī)器人根”Plantoid,它會(huì)生長(zhǎng),會(huì)像活的植物那樣回應(yīng)環(huán)境的刺激。由芭芭拉·瑪祖萊博士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)希望它能學(xué)到植物根系的本領(lǐng),并伺機(jī)“超越”。他們探尋植物根系的工作原理,還研制能監(jiān)測(cè)土壤污染、探索礦物質(zhì)和尋找水分的傳感部件。
Plantoid的中央主干里有裝著液體塑料的“池”,那種塑料在紫外線作用下會(huì)固化。主干上接出圓柱形的支根,液體塑料從這里流到支根的頂端。在自然界,植物根的頂端是特殊的錐形結(jié)構(gòu),這里的分生組織聚集著增殖細(xì)胞群,驅(qū)動(dòng)根的生長(zhǎng)。而機(jī)器人根則是個(gè)內(nèi)置微型電機(jī)、發(fā)光二極管和電池的圓錐體。電機(jī)驅(qū)動(dòng)根吸取液體塑料,并把它推到錐體外周。二極管發(fā)出的紫外線使液體塑料在這里固化,錐體一點(diǎn)點(diǎn)向前延伸,在土壤中推遠(yuǎn),“落地生根”。
在自然界,根生長(zhǎng)時(shí)靜謐卻不退縮的壓力使它在土壤中推進(jìn),可能每次只前進(jìn)幾分之一毫米。研究人員希望他們機(jī)器人根的樣機(jī)能在實(shí)際土壤中慢慢穿越到一米的距離。
機(jī)器人根配備著各種傳感器,用于監(jiān)測(cè)土壤的相關(guān)參數(shù),諸如硝酸鹽、酸堿度(pH值)、水分、溫度和重力。而為這些傳感器編寫軟件的過(guò)程,也是理解自然界根工作原理的過(guò)程。
機(jī)器人根的生長(zhǎng)方向由一種稱為“電流變流體”的材料控制,它也存儲(chǔ)在支根頂端的錐體中。當(dāng)電流施加到這種液體上,它會(huì)變得粘稠些。按研究者的設(shè)計(jì),借助來(lái)自電池的電流改變根一側(cè)的粘度,而讓根另一側(cè)的粘度不變,這樣就能引導(dǎo)機(jī)器人根改變生長(zhǎng)的方向。
瑪祖萊博士在倫敦自然歷史博物館的一次《活的機(jī)器》主題會(huì)上展示了樣機(jī),但并不包括響應(yīng)環(huán)境的控制系統(tǒng)?,斪嫒R博士說(shuō),機(jī)器人根有朝一日可能用來(lái)監(jiān)測(cè)土壤,也可用作醫(yī)療器械。“它可以彎曲,能在低氣壓中生長(zhǎng),能適應(yīng)環(huán)境,展現(xiàn)了醫(yī)用工具的新視野。”
她還介紹說(shuō),第一位對(duì)植物根工作原理提問(wèn)的人,是赫赫有名的查爾斯·達(dá)爾文,他并沒(méi)有找到滿意的答案。時(shí)間是130年前。