Forskere træner plastik til at gå under lys

Forskere i Finland arbejder i øjeblikket på at udvikle og “træne” stykker af plastik til at blive kommanderet af lys. Dette er den første gang, at en syntetisk aktuator, i dette tilfælde termoplast, kan “lære” at udføre en ny handling, i dette tilfælde gå, baseret på dens tidligere erfaringer og ikke computerprogrammering.

Plastikken i dette projekt er lavet af termo-responsivt flydende krystal polymernetværk og et lag af farve. De er bløde aktuatorer, der kan omdanne energi til mekanisk bevægelse. Aktuatoren kunne til at begynde med kun reagere på varme, men det ændrer sig, da lys kan associeres med varme. På grund af dette kan plastikken reagere på lys. Aktuatoren er noget fleksibel og bøjer sig selv på en måde, der ligner, hvordan et menneske bøjer sin pegefinger. Når aktuatoren har lys projiceret på den og derfor bliver varmet op, “går” den på en måde, der ligner en inchworm, og den bevæger sig med en hastighed på 1 mm/s, eller samme fart som en snegle.

Arri Priimägi er seniorforfatter på Tampere Universitet.

“Vores forskning spørger grundlæggende, om et dødt materiale kan lære på en meget enkel måde,” siger han. “Min kollega, professor Olli Ikkala fra Aalto Universitet, stillede spørgsmålet: Kan materialer lære, og hvad betyder det, hvis materialer ville lære? Vi gik derefter sammen om dette forskningsprojekt for at lave robotter, der ville lære nye tricks.”

Andre medlemmer af forskningsholdet inkluderer postdoc-forskere Hao Zeng, Tampere Universitet, og Hang Zhang, Aalto Universitet.

Der er også en betingingsproces, der associerer lys med varme, og det indebærer at lade farven på overfladen diffuse gennem aktuatoren, hvilket gør den blå. Den samlede lysabsorption øges, og den fototermiske effekt øges også. Aktuatoren temperatur stiger også, og den bøjer sig ved irradiation.

Ifølge Priimägi var holdet inspireret af et andet velkendt eksperiment.

“Dette studie, vi gjorde, var inspireret af Pavlovs hund-eksperiment,” siger Priimägi.

I dette berømte eksperiment saliverede en hund, når den så mad, og Pavlov ringede derefter med en klokke, før han gav hunden mad. Dette blev gentaget et par gange, og hunden associerede til sidst mad med klokken og begyndte at saliverede, når den hørte klokken.

“Hvis du tænker på vores system, svarer varme til maden, og lyset svarer til klokken i Pavlovs eksperiment.”

“Mange vil sige, at vi presser denne analogi for langt,” siger Priimägi. “På en måde har de ret, for sammenlignet med biologiske systemer er det materiale, vi studerede, meget enkelt og begrænset. Men under de rette omstændigheder holder analogien.”

Holdet vil nu øge kompleksiteten og kontrollen over systemerne, og dette vil hjælpe med at finde visse grænser for de analogier, der kan trækkes til biologiske systemer.

“Vi søger at stille spørgsmål, der måske kan få os til at se på døde materialer i et nyt lys.”

Systemerne kan gøre mere end bare gå. De kan “genkende” og reagere på forskellige bølgelængder af lys, der svarer til belægningen af deres farve. På grund af dette bliver materialet et justerbart blødt mikro-robot, der kan styres fjernbetjent, hvilket er ekstremt nyttigt for biomedicinske anvendelser.

“Jeg synes, der er mange cool aspekter der,” siger Priimägi. “Disse fjernstyrede flydende krystalnetværk opfører sig som små kunstige muskler.” “Jeg håber og tror, der er mange måder, de kan være nyttige for det biomedicinske felt, blandt andre felter som fotonik, i fremtiden.”