Vědci vytvořili samořízené umělé řasinky

Vědci na Harvardově škole inženýrství a aplikovaných věd (SEAS) úspěšně vyvinuli samořízené, programovatelné umělé řasinky. Tento nový pokrok přichází po letech, kdy vědci snažili o vytvoření miniaturních umělých řasinek pro robotické systémy. Umělé řasinky by mohly pomoci takovým robotickým systémům provádět velmi složité pohyby, jako je ohýbání, otočení a obrácení.

Výzkum byl zveřejněn v Nature.

Stavba mikrostruktur

Tradičně vyžaduje stavba mikrostruktur vícekrokové výrobní procesy a různé stimuly, aby vytvořily složité pohyby, což omezuje jejich široké uplatnění.

Nově vyvinuté mikrostruktury by mohly být použity pro mnoho aplikací, včetně softwarového inženýrství, biokompatibilních lékařských zařízení a dynamické šifrovací techniky.

Joanna Aizenberg je profesorka materiálové vědy a profesorka chemie a chemické biologie na SEAS. Je také hlavní autorkou článku.

“Inovace v oblasti adaptivních samořízených materiálů, které jsou schopny širokého spektra programovatelných pohybů, představují velmi aktivní oblast, kterou řeší interdisciplinární týmy vědců a inženýrů,” řekla Aizenberg. “Pokroky, kterých je dosaženo v této oblasti, mohou mít významný dopad na způsob, jakým navrhujeme materiály a zařízení pro各种 aplikace, včetně robotiky, medicíny a informačních technologií.”

Povolení struktury, aby se přeskupila a pohla

Zatímco předchozí výzkumy zahrnovaly složité vícesložkové materiály pro dosažení strukturálních prvků těchto systémů, nový tým navrhl mikrostrukturální pilíř vyrobený z jediného materiálu. Tento materiál je fotoaktivní kapalný krystalický elastomer, který umožňuje stavebním blokům znovu se uspořádat a změnit tvar, když je mikrostruktura osvětlena.

Když dojde ke změně tvaru, první věc, která se stane, je, že místo, kde světlo dopadá, se stává průhledným, což umožňuje, aby světlo proniklo hlubší do materiálu a způsobilo další deformace. Poté se materiál deformuje a tvar se mění, což znamená, že se na pilíři objeví nové místo, které je vystaveno světlu a mění tvar.

Tento proces umožňuje mikrostruktuře pohánět se v cyklu pohybu.

Shucong Li je doktorand na katedře chemie a chemické biologie na Harvardu a také spoluautor článku.

“Tento vnitřní a vnější zpětný vazebný smyček nám dává samořízený materiál. Jakmile zapnete světlo, dělá všechnu práci sám,” řekl Li.

Materiál se poté vrátí do svého původního tvaru, když se světlo vypne. Protože materiál může ohýbat a měnit pohyb se svým tvarem, lze nejjednodušší struktury znovu uspořádat a naladit na nekonečné možnosti.

Michael M. Lurch je postdoktorand v Aizenbergově laboratoři a spoluautor článku.

“Ukázali jsme, že můžeme naprogramovat choreografii tohoto dynamického tance úpravou širokého spektra parametrů, včetně úhlu osvětlení, intenzity světla, molekulární orientace, mikrostrukturální geometrie, teploty a intervalů a trvání ozáření,” řekl Lerch.

Tým také ukázal, jak pilíře interagují navzájem jako součást pole.

“Když jsou tyto pilíře seskupeny dohromady, interagují velmi složitým způsobem, protože každý deformující se pilíř vrhne stín na svého souseda, který se mění během procesu deformace,” řekl Li. “Programování, jak tyto stínem zprostředkované samoexposice mění a interagují dynamicky navzájem, by mohlo být užitečné pro takové aplikace, jako je dynamická šifrovací technika.”

“Velký návrhový prostor pro individuální a kolektivní pohyby je potenciálně transformační pro softwarové inženýrství, mikrochodce, senzory a robustní šifrovací systémy,” dodala Aizenberg.

Výzkum také zahrnoval spoluautory Jamese T. Waterse, Bolei Denga, Reese S. Martense, Yuxing Yaa, Do Yoon Kima, Katiu Bertoldi, Alison Grinthal a Annu C. Balazs.