باحثون يدرّبون البلاستيك على السير تحت الضوء

يعمل باحثون في فنلندا حاليًا على تطوير و”تدريب” قطع من البلاستيك ليتحرك بناءً على الأوامر الخفية للضوء. هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها محرك اصطناعي، في هذه الحالة مادة بلاستيكية متحركة، من “تعلم” كيفية تنفيذ إجراء جديد، في هذه الحالة السير، بناءً على تجاربها السابقة وليس برمجة الحاسوب.

تُصنع البلاستيكيات في هذا المشروع من شبكة بوليمر سائل متجاوب مع الحرارة ومادة صبغ. إنها محركات لينة قادرة على تحويل الطاقة إلى حركة ميكانيكية. كان المحرك في البداية قادرًا فقط على الاستجابة للحرارة، ولكن هذا يتغير الآن لأن الضوء يمكن ربطه بالحرارة. ونتيجة لذلك، يمكن للبلاستيك الاستجابة للضوء. المحرك مرن إلى حد ما وينحني بنفسه بطريقة تشبه طريقة انحناء الإصبع السبابة. عندما يتم توجيه الضوء على المحرك ويتسخن، “يسير” بطريقة تشبه دودة القز، ويتحرك بسرعة 1 ملم/ثانية، أو بنفس سرعة السلحفاة.

أري بريمياغي هو المؤلف الرئيسي لجامعة تامبيري.

“أبحاثنا تطرح أساسًا سؤالاً حول ما إذا كان يمكن لمادة غير حية أن تتعلم بطريقة بسيطة جدًا،” يقول. “طرح زميلي، أستاذ أولي إيكالا من جامعة آالتو، السؤال التالي: هل يمكن للمواد أن تتعلم، وما يعني ذلك إذا كانت المواد تتعلم؟ ثم انضممنا إلى هذا البحث لصنع روبوتات تتعلم خدعًا جديدة.”

يشمل أعضاء الفريق الآخرون باحثي ما بعد الدكتوراه هاو زينغ من جامعة تامبيري، وهانغ زانغ من جامعة آالتو.

هناك عملية تحفيز ترتبط بالضوء بالحرارة، وت涉ل السماح لمادة الصبغ على السطح بالانتشار في جميع أنحاء المحرك، مما يجعله أزرق. تزداد الامتصاص الكلي للضوء، وتزداد أيضًا التأثير الفوتوحراري. ترتفع درجة حرارة المحرك، وينحني عند الت照خ.

وفقًا لبريمياغي، كان الفريق مستوحى من تجربة أخرى مشهورة.

“كانت الدراسة التي قمنا بها مستوحاة من تجربة كلب بافلوف،” يقول بريمياغي.

في تلك التجربة الشهيرة، تصلّب الكلب عند رؤيته الطعام، ثم جاء بافلوف يرن الجرس قبل إعطاء الكلب الطعام. تم تكرار ذلك عدة مرات، وأخيرًا ربط الكلب الطعام بالجرس وبدأ في التصلّب عندما يسمع الجرس.

“إذا فكرنا في نظامنا، فإن الحرارة تتوافق مع الطعام، والضوء يتوافق مع الجرس في تجربة بافلوف.”

“سيقول الكثير أننا نstretch هذا التشبيه quá远،” يقول بريمياغي. “في بعض المعاني، أولئك الناس على حق لأن النظام الذي درسناه بسيط جدًا ومحدود مقارنة بالنظم البيولوجية. لكن تحت الظروف المناسبة، يظل التشبيه ساريًا.”

سيزيد الفريق الآن من تعقيد الأنظمة وضبطها، وهذا سيساعد في العثور على حدود التشبيهات التي يمكن رسمها على الأنظمة البيولوجية.

“نحن نهدف إلى طرح أسئلة قد تسمح لنا بالنظر إلى المواد غير الحية من زاوية جديدة.”

يمكن للنظم أن تفعل أكثر من مجرد السير. إنها قادرة على “التعرف” والاستجابة لأطوال موجية مختلفة من الضوء التي تتوافق مع طلاء صبغها. ونتيجة لذلك، يصبح المادة روبوتًا لينًا قابلًا للتحكم عن بُعد، وهو مفيد جدًا للتطبيقات البيولوجية.

“أعتقد أن هناك الكثير من الجوانب الرائعة هناك. تعمل هذه الشبكات السائلة الليّنة التي تتحكم عن بُعد مثل العضلات الاصطناعية الصغيرة،” يقول بريمياغي. “آمل وأعتقد أن هناك العديد من الطرق التي يمكن أن تستفيد منها الحقول البيولوجية، بالإضافة إلى مجالات أخرى مثل الفوتونات، في المستقبل.”