Prøv avisen

Træer indeholder teknologien til fremtidens robotter

Store træer har brug for stort tryk til at pumpe sukkerstof rundt. Den teknologi kan rumme nøglen til fremtidens robotter. Foto: David & Micha Sheldon/ritzau

Indtil for nylig var det et mysterium, hvordan træer pumper vand og sukkerstof til blade og rødder. Nu har en dansk forsker fundet svaret, der rummer potentialet til at forbedre fremtidens cellefabrikker og robotter

Naturen og teknologien sættes sommetider i opposition til hinanden, men faktisk er den sidste ofte kraftigt inspireret af den første. Det er også tilfældet med en ny chip, der formentlig kan forbedre robotter og bygge effektive cellefabrikker. Chippen er nemlig en simulering af træers pumpesystem, som indtil for ganske nylig var et stort mysterium.

I den menneskelige krop er hjertet den muskulære del af det pumpesystem, der fordeler blodet ud i karrene og rundt i kroppen. Det er med andre ord en sammentrækning af muskelfibre, der sørger for, at kroppens væv får det for mennesket afgørende næringsstof ilt. På samme vis har træer brug for at fordele vand og sukkerstof til blade og rødder, men de har ikke muskelfibre, de kan gøre brug af. Så hvordan gør de det?

Det var den undren, der drev lektor Kaare Hartvig Jensen fra DTU Fysik, da han sammen med kolleger fra MIT og Cornell Universitet i USA gik i gang med at udvikle en chip, der kan simulere træers pumpesystem, og som potentielt kan bruges i både bløde robotter og såkaldte cellefabrikker.

For at forstå hvordan pumpesystemer og robotter hænger sammen, skal man først ihukomme et plantefysiologisk fænomen, som de fleste nok hørte om i folkeskolen; fotosyntese. Ved hjælp af den biokemiske proces, som fotosyntese er, er planter i stand til at omdanne atmosfærens kuldioxid til ilt og andre næringsstoffer ved hjælp af solens lys. Ét af produkterne af kuldioxiden og vandet fra rødderne er en sukkerholdig væske, der fungerer som plantens energikilde og brændstof til stofskiftet.

Denne væske, som er cirka dobbelt så sød som sodavand, skal altså transporteres rundt til træets forskellige dele via et karsystem, der svarer til vores blodkar. Og det er her, hvor træer adskiller sig væsentligt fra andre og mindre planter, forklarer Kaare Hartvig Jensen.

”Langt de fleste planter bruger såkaldte transport-proteiner. De fungerer som en lille kran, der løfter sukker ind og ud af plantens transportceller. Men de proteiner har træer mærkeligt nok ikke, og det har længe været et mysterium i plantefysiologien,” siger lektoren, der står bag den forskning, som endelig løste mysteriet.

Der havde i plantefysiologien længe været en teori om, at træer i stedet for disse proteinkraner har små kanaler eller huller mellem cellerne, hvorimellem sukkerstoffer frit kan løbe. I et stort træ skal sukkerstoffer imidlertid flyttes over store afstande, og til det er der brug for et højt tryk. Ifølge teorien blev dette tryk skabt gennem såkaldt osmose og diffusion, hvor molekyler spredes fra høj til lav koncentration mellem cellerne. Altså at trykket og transporten af sukkerstoffer er skabt i kraft af sukkerstoffet selv og koncentrations-forskelle i væsken, som på den vis muliggør, at sukkeret fordeles helt fra kronen til roden.

Men det var i mange år blot en teori, som langtfra stod uimodsagt hen – og først med Kaare Hartvig Jensens forskning er teorien i praksis blevet bevist.

”Med vores chip har vi kunnet lave dette passive system, som viser, at teorien kan lade sig gøre. Faktisk viser den ikke kun, at mekanismen er et tilstrækkeligt pumpesystem for træer, men også, at det faktisk er et rigtig smart system, når man er et stort træ, fordi metoden så effektivt skaber og vedligeholder det høje tryk, der er brug for,” siger Kaare Hartvig Jensen.

Chippen, som Kaare Hartvig Jensen og hans kolleger har udviklet, er et såkaldt ”lab on a chip”, altså et laboratorium, der er så småt, at det kan være på en plastikchip, der blot måler fem gange syv centimeter. Hvor en computerchip er et elektronisk kredsløb, er denne plantechip et væskekredsløb, som, når det tilføres sukker, kan opretholde en stabil transport af væske i timer og dage. Deri ligger også de interessante muligheder, lyder det fra forskeren.

”Der er mange spændende anvendelsesmuligheder af pumpemekanismen, fordi den egentlig fungerer som en lille motor,” siger Kaare Hartvig Jensen.

”Hvis man skal løse et ingeniørmæssigt problem, er der to muligheder. Enten kan man finde på noget selv, såsom at bygge en dampmaskine, eller man kan kigge ud i naturen, hvor der allerede er løst mange problemer, som vi mennesker kan få gavn af,” lyder det fra Kaare Hartvig Jensen, som tilføjer, at fotosyntese og pumpemekanismen er naturens egen løsning på vækst og forflyttelse af materialer.

Så hvad har det med robotter og cellefabrikker at gøre? De fleste forbinder formentlig robotter med en metalkonstruktion af en art, og de fleste industrirobotter består da også af stålelementer, der kan bevæges relativt i forhold til hinanden. Disse robotter er ganske fine, hvis man skal bygge en bil, men i mange produktioner er de mindre hensigtsmæssige, forklarer Kaare Hartvig Jensen.

”De hårde robotter kan eksempelvis ikke sortere æg. Til det har man brug for bløde robotter, som kan samle et æg op, og som derfor skal kunne fornemme trykforskelle og fungere som en kunstig hånd,” siger Kaare Hartvig Jensen og uddyber, at sådanne bløde robotter kan udvikles ved hjælp af et kemisk genereret tryk som det, man ser i træers pumpemekanismer.

Men også de såkaldte cellefabrikker er en potentielt enorm platform for udnyttelsen af chippen, der simulerer træernes pumpesystemer. Grundlæggende er alle planter cellefabrikker, som tager ét stof ind og af det leverer et andet stof. Kaare Hartvig Jensen forklarer, at grønkornet i planteceller egentlig blot er bakterier, der lever i symbiose med planten.

Planten giver bakterierne næringsstoffer, og i retur udvikler bakterierne sukkerstofferne, som plantens liv afhænger af. På samme vis er gær en cellefabrik, der producerer alkohol. Potentialet i cellefabrikker er også grunden til, at der forskes massivt i fænomenet verden over, forklarer Kaare Hartvig Jensen.

”I stedet for at opfinde noget nyt, kan vi udnytte plantens strategi til at vedligeholde sine celler, og vi kan producere stoffer, vi kan få stor gavn af. Derfor er vi også spændte på, hvilke døre vores chip kan åbne.”