ТПС: Според израелски учени мистериозната геометрия на розите може да оформи бъдещето на роботиката

Меките, извити краища на венчелистчетата на розите отдавна пленяват поети, художници и учени. Сега израелски учени са разкрили скритата геометрия, която придава характерната форма на тези листенца, разкривайки не само ботаническа мистерия, но и нов план за бъдещо инженерство, който може да доведе до по-гъвкава електроника и архитектурни елементи, които "растат", разказва израелската новинарска агенция ТПС.
Проучване на Еврейския университет установи, че емблематичните ръбове на венчелистчетата на розите са оформени чрез различни механизми. Години наред учените приемаха, че листата и венчелистчетата развиват формите си главно чрез несъвместимост на Гаус - вид геометрично несъответствие, което кара повърхностите да се огъват и усукват по време на растежа си.
Въпреки това, когато учените, ръководени от проф. Моше Майкъл и проф. Еран Шарон от Института по физика "Расах", проучват внимателно венчелистчетата на розите, те не откриват признаци на несъвместимост на Гаус. Вместо това те откриват, че формите на венчелистчетата се определят от геометричен принцип, наречен несъвместимост на Майнарди-Кодаци-Петерсон (МКП).
Несъвместимостта на Гаус причинява огъване, набръчкване и усукване на венчелистчетата. Несъвместимостта на MКП обаче води до по-остри черти, като например ципи, гънки и резки вълнички. При венчелистчетата на розата напрежението се концентрира в краищата. Поради несъвместимостта на MКП венчелистчетата естествено образуват заострени извивки - предвидим модел, управляван от геометрична необходимост.
"Това проучване обединява математиката, физиката и биологията по един красив и неочакван начин. То показва, че дори най-деликатните черти на едно цвете са резултат от дълбоки геометрични принципи", каза Шарон.
Екипът комбинира компютърно моделиране, лабораторни експерименти и математически симулации, за да провери теорията си, и последователно установява, че MКП напрежението, а не напрежението на Гаус, е отговорно за уникалните извивки на розовите венчелистчета. С нарастването на венчелистчето напрежението се натрупва особено в краищата, което води до формирането на характерните за него извивки и цепнатини.
Едно от най-интригуващите открития е обратната връзка между растежа и натиска, казват учените. Тъй като натиска се концентрира в зъбците, той насочва как и къде венчелистчето продължава да расте. По този начин геометрията и биологията са в непрекъснат диалог, като формата и функцията се оформят взаимно.
"Удивително е, че нещо толкова познато като розово листенце крие в себе си толкова сложна геометрия", казва Майкъл. "Това, което открихме, е отвъд цветята - то е прозорец към това как природата използва формата и натиска, за да направлява растежа във всичко - от растения до синтетични материали."
Откритията разкриват интригуващи възможности за мека роботика, гъвкава електроника и интелигентни или самомофорфиращи се материали.Материалите, които могат да променят формата си прецизно, без да се нуждаят от двигатели, стави или външно управление, биха могли да доведат до създаването на по-меки и гъвкави роботи, особено хирургически роботи и роботи за търсене и спасяване.
Разбирането на това как да се контролира формата чрез вътрешно напрежение, както правят венчелистчетата, може да помогне на инженерите да създадат гъвкави, сгъваеми или морфиращи се електронни схеми и дисплеи, които адаптират формата си в зависимост от функцията си. Освен това откритието на несъвместимостта на МКП дава на инженерите нов инструмент за проектиране на материали, които се "програмират" да се завиват, сгъват или огъват в сложни форми без ръчно сглобяване. Това може да доведе до революция в опаковките, строителните материали и разгръщащите се структури, като например спътниците в космоса.
Проучването открива и възможности за архитектурни елементи, които "израстват" или променят формата си в зависимост от условията на околната среда, като топлина, влажност или светлина.
Проучването може да намери приложение и в медицината. Тъй като биологичните тъкани също изпитват натиск по време на растеж, тези открития биха могли евентуално да помогнат при проектирането на скелета за растящи органи или тъкани, които трябва да приемат сложни форми по естествен начин.
(Тази информация се разпространява по споразумение между БТА и ТПС)