Внутренняя структура: МРТ показывает, как растения могут вдохновлять новые инженерные материалы

Трехмерная визуализация ветвящихся структур растений позволила исследователям увидеть, как именно их внутренние ткани реагируют на нагрузку. Это дает новое понимание для проектирования потенциальных новых инженерных материалов, например, для использования в авиации и спортивном оборудовании.

Исследователи из Группы биомеханики растений Фрайбургского университета (Германия) разработали новый метод визуализации соединения ветвей со стеблем (растительных рамафикаций). Метод использует магнитно-резонансную томографию (МРТ) для изучения того, как сосудистая ткань внутри этих соединений деформируется под напряжением и нагрузкой. Эти природные структуры затем можно использовать как концепт-генераторы для создания разветвленных, армированных волокнами легких материалов для велосипедов, автомобилей, самолетов и архитектуры.

"Мы хотели оценить несущую способность сосудистых тканей, — говорит Линнея Хессе, одна из исследователей. — Теперь мы впервые можем визуализировать вызванные нагрузкой деформации неинвазивно внутри живого растения".

Сравнивая 3D-изображения расположения сосудистых пучков в ненагруженных и механически нагруженных соединениях, исследователи надеются понять роль этих пучков и других тканей в биомеханике. Это позволит использовать метод для оптимизации разветвленных, армированных волокнами легких компонентов.

"Фокус — на оптимизации технических разветвлений и, следовательно, разработке продуктов в автомобилестроении, авиастроении, строительстве ветрогенераторов и спортивного оборудования, так как все это выигрывает от снижения веса и высокой несущей способности", — отмечает Хессе.

Другие методы визуализации, использующие гистологические техники или µCT, требуют сложной подготовки и постобработки изображений, а также являются инвазивными. МРТ помогает преодолеть эти проблемы, позволяя различать различные растительные ткани, не повреждая растение (неинвазивно) до или во время получения изображения.

Для полного внедрения метода требуется дальнейшая работа, но ожидается, что он будет полезен не только для биомиметики или биомеханики растений, но и для изучения общей биологии растений.