باحثون يطورون شعرًا صناعيًا ذاتي الدفع

تمكن باحثون في مدرسة هارفارد جون أ. بولسون للهندسة والتطبيقات العلمية (SEAS) من تطوير شعر صناعي ذاتي الدفع وبرمجي. يأتي هذا التطور الجديد بعد سنوات من محاولات العلماء لتصميم شعر صناعي صغير لأنظمة الروبوتات الصغيرة. يمكن أن يساعد الشعر الصناعي هذه الأنظمة الروبوتية على أداء حركات معقدة مثل الانحناء والالتفاف والانعكاس.

نشرت الأبحاث في نيتشر.

بناء الهياكل الدقيقة

تتطلب عملية بناء الهياكل الدقيقة عمليات تصنيع متعددة وتنبيهات مختلفة من أجل خلق حركات معقدة، مما حد من تطبيقاتها على نطاق واسع.

يمكن استخدام الهياكل الدقيقة الجديدة التي تم تطويرها في العديد من التطبيقات، بما في ذلك الروبوتات الناعمة والأجهزة الطبية المتوافقة حيوياً وتشفير المعلومات الديناميكي.

جوانا آيزنبرغ هي أستاذة سميث بيرلسون للمواد والكيمياء والكيمياء الحيوية في SEAS. وهي أيضًا المؤلف الرئيسي للورقة.

“التطورات في المواد ذاتية التنظيم التي يمكن برمجة حركاتها المتنوعة تمثل مجالاً نشطاً جداً، ويتم التعامل معه من قبل فرق متعددة التخصصات من العلماء والمهندسين،” قال آيزنبرغ. “النجاحات المنجزة في هذا المجال يمكن أن تؤثر بشكل كبير على كيفية تصميم المواد والأجهزة لتطبيقات مختلفة، بما في ذلك الروبوتات والطب وتكنولوجيا المعلومات”.

تمكين الهيكل من إعادة التكوين والدفع

في حين أن الأبحاث السابقة تضمنت مواد متعددة المكونات لتحقيق العناصر الهيكلية لهذه الأنظمة، صمم الفريق الجديد عمودًا دقيقًا مصنوعًا من مادة واحدة. هذه المادة هي مادة لاصقة سائلة光ensitive، مما يسمح للكتل البنائية بإعادة التوجه ويتغير شكل الهيكل عندما يضرب الضوء العمود الدقيق.

عندما يحدث تغيير الشكل، يحدث أول شيء هو أن المكان الذي يضربه الضوء يصبح شفافًا، مما يسمح للضوء بالاختراق أكثر في المادة وتسبب المزيد من التشوهات. بعد ذلك، تتغير شكل المادة وتتغير الشكل، مما يعني أن نقطة جديدة على العمود يتم كشفها عن الضوء وتتغير الشكل أيضًا.

يسمح هذا العملية للهيكل الدقيق بالدفع في دورة من الحركة.

شوكونغ لي هو طالب دراسات عليا في قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية في هارفارد، وهو أيضًا المؤلف الأول المشترك للورقة.

“هذا الدورة الداخلية والخارجية من التغذية الراجعة يعطينا مادة ذاتية التنظيم. بمجرد تشغيل الضوء، يقوم بجميع عمله بنفسه،” قال لي.

تعود المادة إلى شكلها الأصلي عندما يتم إيقاف الضوء. بسبب khảية المادة للتطوي وتغيير الحركة مع شكلها، يمكن إعادة تشكيل البنايات البسيطة وتحسينها مع إمكانيات لا حصر لها.

مايكل إم ليرش هو باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر آيزنبرغ وهو أيضًا المؤلف الأول المشترك للورقة.

“أظهرنا أننا يمكن أن نبرمج كوريغرافيا هذه الرقصة الديناميكية من خلال تعديل مجموعة من المعلمات، بما في ذلك زاوية الإضاءة وشدتها وترتيب الجزيئات و هندسة الهيكل الدقيق ودرجة الحرارة وفترات الإشعاع ومدته،” قال ليرش.

أظهر الفريق أيضًا كيفية تفاعل الأعمدة مع بعضها البعض كجزء من مصفوفة.

“عندما يتم تجميع هذه الأعمدة معًا، تتفاعل بطرق معقدة جداً لأن كل عمود متشوه يلقي ظلاً على جاره، والذي يتغير خلال عملية التشوه،” قال لي. “برمجة كيفية تغيير هذه الظلال وتفاعلها مع بعضها البعض بشكل ديناميكي يمكن أن يكون مفيدًا لتطبيقات مثل تشفير المعلومات الديناميكي”.

“مساحة التصميم الكبيرة للأفعال الفردية والجماعية هي محتملة للتحول في الروبوتات الناعمة والمشاة الصغيرة وأجهزة الاستشعار وأنظمة تشفير المعلومات القوية،” أضاف آيزنبرغ.

شملت الأبحاث أيضًا مؤلفين مشاركين هم جيمس تي ووترز وبو لي دينج وريسي إس مارتينز ويوكسينغ ياو ودو يون كيم وكاتيا بيرتولدي وأليسون جريثال وآنا سي بالاز.