Verdunstung gibt Sporen Energie - Cherry Blossom Inc.

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Hoch. Runter. Hoch. Runter. ((Zeigen Sie das Lifting-Video)) Das ist die Kraft der Verdunstung – und der Sporen. Diese Sporen sind ruhende, ausgetrocknete Bakterien, die sich bei Feuchtigkeit ausdehnen und sich bei Trockenheit zusammenziehen. Jedes ist etwa einen Mikrometer lang – das entspricht einem Fünfundzwanzigtausendstel Zoll. Um diese winzigen Motoren nutzbar zu machen, stellten Wissenschaftler der Columbia University eine flüssige Paste aus Sporen her und malten sie auf dünnes Plastikband. Während die Sporen das austretende Wasser absorbieren und verlieren Durch die Verdunstung wirken die Klebebandabschnitte wie Muskeln. Sie können Gewichte heben oder kleine Fensterläden öffnen und schließen. Sie können sogar ein Rad antreiben. Sporenmuskeln halten winzige blaue Gewichte von der Radachse fern, wenn sie sich in einer feuchten Kammer ausdehnen. Sie bringen sie näher zusammen, wenn sie in trockener Luft schrumpfen. Die Gewichtsverlagerung treibt das Rad an. Obwohl das Auto, das sie mit diesem System antreiben, ein Spielzeug ist, ist die Idee groß. Und irgendwann könnten es auch die Maschinen sein.

Von James Gorman

Die Wissenschaft ist immer auf der Suche nach neuen Wegen, natürliche Energiequellen zu nutzen – bessere Windmühlen, neue Sonnenkollektoren, Erdwärmepumpen für Häuser.

Aber Wissenschaftler der Columbia University haben sich etwas wirklich Ungewöhnliches ausgedacht: eine Methode, mit der winzige Bakteriensporen genutzt werden können, um einen Prozess der Energieübertragung zu nutzen, der im großen Maßstab ein äußerst wichtiger Faktor für das Klima und das Wetter auf dem Planeten ist – nämlich die Verdunstung.

Die Sporen sind trockene, ruhende Bakterien. Sie dehnen sich aus, wenn sie Feuchtigkeit aufnehmen, und ziehen sich zusammen, wenn sie Feuchtigkeit verlieren. Die Forscher erkannten, dass sie, wenn sie die Verdunstung kontrollieren könnten, auch die Ausdehnung und Kontraktion der Sporen kontrollieren könnten, die wie kleine Muskeln genutzt werden könnten.

Das Problem ist, dass sie sehr, sehr klein sind. Jede Spore ist etwa einen Mikrometer lang. 25.000 davon würden aneinandergereiht eine Länge von etwa einem Zoll ergeben. Was die Wissenschaftler taten, war, einen Weg zu finden, die Kluft zwischen dem unglaublich Winzigen und dem bloß Kleinen zu überbrücken, indem sie Geräte wie ein Spielzeugauto mit Strom versorgten, um zu zeigen, dass ihre Methode funktionieren kann.

Ozgur Sahin, der Biologe und leitende Autor eines Berichts über die neue Arbeit in Nature Communications, sagte, dies sei nur eine Möglichkeit, andere zum nächsten Schritt zu bewegen. Er sagte, dass der Prozess, den Xi Chen und andere in seinem Labor entwickelt haben, in einem viel größeren Maßstab funktionieren könne. Stellen Sie sich etwas von der Größe einer Windmühle vor, das jedoch durch Verdunstung betrieben wird. Nennen Sie es eine Feuchtigkeitsmühle.

Manu Prakash, ein Biophysiker an der Stanford University, der nichts mit der Forschung zu tun hatte, sagte: „Das Schöne ist diese Vorstellung, etwas Bakterielles, ein Mikrometer groß, in ein alltägliches Material zu verwandeln, mit dem ich entwerfen kann.“ "

Die Forschung entstand aus einem früheren Projekt, in dem Dr. Ozgurs Labor die Eigenschaften von Bakteriensporen aus anderen Gründen untersuchte. Das Team berechnete die Energie, die beim Ausdehnen und Zusammenziehen entsteht, und kam zu dem Schluss, dass es versuchen sollte, diese Energie zu nutzen.

„Aber wie benutzt man es?“ Er erinnerte sich, dass er sich damals gefragt hatte. Eine Spore hatte keinen Wert und es wurden Millionen in irgendeiner praktischen Form benötigt. Das Team vermischte die Sporen mit verdünntem Leim und stellte so eine Art Paste her, die es auf dünnes Plastikband auftrug, auf dem die Paste trocknete.

Abschnitte des Bandes fungierten als künstliche Muskeln, die sich bei Änderungen der Luftfeuchtigkeit ausdehnten und zusammenzogen. Mithilfe des Bandes in verschiedenen Konfigurationen stellte Dr. Sahins Team kleine Geräte her, um Gewichte zu heben, Fensterläden zu öffnen und zu schließen und sogar ein Spielzeugauto anzutreiben.

Das Labor verwendete Sporen gewöhnlicher Bodenbakterien, die allgegenwärtig und harmlos sind. Sie könnten theoretisch zum aktiven Leben zurückkehren, aber Dr. Sahin sagte in den Experimenten: „Sporen erwachen, wenn es einen Auslöser gibt, bestimmte Chemikalien oder Nährstoffe. Nichts davon ist vorhanden.“ Wasser allein ist kein Auslöser.

Wenn, wie Dr. Sahin hofft, Unternehmer und Ingenieure genug von dem Prozess fasziniert sind, um praktische Anwendungen zu verfolgen, könnten die Bakterien gentechnisch verändert werden, um die Wahrscheinlichkeit, dass sie aufwachen, noch zu verringern.

Nicht, dass lebende Bodenbakterien eine Gefahr darstellen würden, aber weil sie die starre Hülle verlieren würden, die sie als Sporen hält, würde eine bakterielle Wiederauferstehung jedes Gerät, das Sporenkraft nutzt, weniger effizient machen.

Dr. Prakash sagte, er habe in der Forschung „viel biologische Inspiration“ gesehen. Pflanzen nutzen die Verdunstung auf verschiedene Weise – zum Beispiel um Wasser in riesige Bäume zu pumpen und um die explosive Samenausbreitung voranzutreiben, wenn die Schoten austrocknen.

Die Columbia-Gruppe, sagte er, nutzte die Kraft der Verdunstung in Kombination mit dem ungewöhnlich expandierenden Material der Sporen, um etwas völlig Neues zu schaffen.

„Verdunstung ist wunderschön“, sagte er.