Vědci učí plast chůzi pomocí světla

Finský výzkumný tým目前 pracuje na vývoji a “školícím” kouscích plastu, aby mohli být ovládány světlem. Jedná se o první případ, kdy syntetický aktuator, v tomto případě termoplast, může “naučit” novou akci, v tomto případě chůzi, na základě svých předchozích zkušeností a ne počítačového programování.

Plasty v tomto projektu jsou vyrobeny z termo-reaktivních kapalných krystalických polymerů a vrstvy barviva. Jsou to měkké aktuátory, které mohou převést energii na mechanické pohyby. Aktuator původně reagoval pouze na teplo, ale to se mění, protože světlo může být spojeno s teplem. Díky tomu plast reaguje na světlo. Aktuator je somewhat flexibilní a ohýbá se podobně jako lidský ukazováček. Když je na aktuator zaměřeno světlo a tím se ohřeje, “chodí” podobně jako housenka a pohybuje se rychlostí 1 mm/s, což je stejná rychlost jako slimák.

Arri Priimägi je seniorním autorem Univerzity v Tampere.

“Naše výzkum se ptá, zda anorganická látka může nějak naučit v velmi jednoduchém smyslu,” říká. “Můj kolega, profesor Olli Ikkala z Aalto University, položil otázku: Mohou materiály naučit se a co to znamená, když materiály naučí se? Poté jsme se spojili v tomto výzkumu, abychom vytvořili roboty, které by mohly naučit se nové triky.”

Další členové výzkumného týmu zahrnují postdoktorandské výzkumníky Hao Zenga z Univerzity v Tampere a Hang Zhang z Aalto University.

Existuje také proces kondicionování, který spojuje světlo s teplem, a to zahrnuje umožnění barviva na povrchu aktuatoru, aby se rozptýlilo po celém aktuatoru, což ho změní na modrou barvu. Celková absorpce světla se zvyšuje a fototermální efekt se také zvyšuje. Teplota aktuatoru se zvyšuje a ohýbá se při ozáření.

Podle Priimägiho byl tým inspirován jiným známým experimentem.

“Tato studie, kterou jsme provedli, byla inspirována experimentem Pavlova se psem,” říká Priimägi.

V tomto slavném experimentu pes slinil v reakci na看到 jídla a Pavlov poté zvonil zvonkem předtím, než psu dal jídlo. To se opakovalo několikrát a pes nakonec spojil jídlo se zvonkem a začal slinět, když uslyšel zvoněk.

“Pokud si pomyslíme na náš systém, teplo odpovídá jídlu a světlo odpovídá zvonku v Pavlovově experimentu.”

“Mnozí budou říkat, že jsme tuto analogii příliš daleko táhnou,” říká Priimägi. “V nějakém smyslu mají tito lidé pravdu, protože ve srovnání s biologickými systémy je materiál, který jsme studovali, velmi jednoduchý a omezený. Ale za správných okolností analogie platí.”

Tým nyní zvýší komplexnost a ovladatelnost systémů, což jim pomůže najít určitá omezení analogií, které lze vyvodit z biologických systémů.

“Chtěli bychom položit otázky, které by nám možná umožnily podívat se na anorganické materiály z nové perspektivy.”

Systémy mohou dělat více než jen chodit. Jsou schopné “rozpoznat” a reagovat na různé vlnové délky světla, které odpovídají barvivu. Díky tomu se materiál stává tuneable měkkým mikro-robotem, který může být ovládán na dálku, což je velmi užitečné pro biomedicínské aplikace.

“Myslím, že tam je spousta zajímavých aspektů,” říká Priimägi. “Tyto vzdáleně ovládané kapalné krystalické sítě se chovají jako malé umělá svaly,” říká Priimägi. “Doufám a věřím, že existuje mnoho způsobů, jak mohou prospět biomedicínskému poli, kromě dalších oblastí, jako je fotonika, v budoucnu.”