Tutkijat luovat itsekulkevia keinotekoisia värejä

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) -tutkijat ovat onnistuneesti kehittäneet itseliikkuvan, ohjelmoitavan keinotekoisen värekarvan. Uusi edistysaskel tulee sen jälkeen, kun tiedemiehet ovat vuosien ajan yrittäneet suunnitella pieniä, keinotekoisia värejä miniatyyrirobottijärjestelmiä varten. Keinotekoiset värekarvot voisivat auttaa tällaisia ​​robottijärjestelmiä suorittamaan erittäin monimutkaisia ​​liikkeitä, kuten taivutus, vääntyminen ja peruuttaminen. 

Tutkimus julkaistiin luonto. 

Mikrorakenteiden rakentaminen

Perinteisesti mikrorakenteiden rakentaminen vaatii monivaiheisia valmistusprosesseja ja erilaisia ​​ärsykkeitä monimutkaisten liikkeiden luomiseksi, mikä on rajoittanut niiden laajamittaista käyttöä. 

Äskettäin kehitettyjä mikronikokoisia rakenteita voitaisiin käyttää moniin sovelluksiin, mukaan lukien pehmeä robotiikka, bioyhteensopivat lääketieteelliset laitteet ja dynaaminen tiedon salaus. 

Joanna Aizenberg on armeijan Smith Berylsonin materiaalitieteen professori ja kemian ja kemiallisen biologian professori SEASissa. Hän on myös lehden vanhempi kirjoittaja. 

"Innovaatiot mukautuvissa itsesäätyneissä materiaaleissa, jotka pystyvät erilaisiin ohjelmoituihin liikkeisiin, edustavat erittäin aktiivista alaa, jota käsittelevät monitieteiset tutkijaryhmät ja insinöörit", Aizenberg sanoi. "Tällä alalla saavutetut edistysaskeleet voivat vaikuttaa merkittävästi tapoihin, joilla suunnittelemme materiaaleja ja laitteita erilaisiin sovelluksiin, mukaan lukien robotiikka, lääketiede ja tietotekniikka."

Rakenteen uudelleenmäärittelyn ja käytön mahdollistaminen

Kun aiempi tutkimus käsitti monimutkaisia ​​monikomponenttimateriaaleja näiden järjestelmien rakenneosien saavuttamiseksi, uusi ryhmä suunnitteli mikrorakennepilarin, joka oli valmistettu yhdestä materiaalista. Tämä yksittäinen materiaali on valoherkkä nestekideelastomeeri, joka mahdollistaa rakennuspalikoiden kohdistamisen uudelleen ja rakenteen muodonmuutoksen, kun valo osuu mikrorakenteeseen. 

Kun muoto muuttuu, ensimmäinen asia, joka tapahtuu, on kohta, jossa valo osuu, muuttuu läpinäkyväksi, jolloin valo pääsee tunkeutumaan syvemmälle materiaaliin ja aiheuttaa vielä enemmän muodonmuutoksia. Tämän jälkeen materiaali vääntyy ja muoto muuttuu, eli pilarin uusi kohta altistuu valolle ja muuttaa myös muotoaan. 

Tämä prosessi mahdollistaa mikrorakenteen kulkemisen liikkeessä. 

Shucong Li on jatko-opiskelija Harvardin kemian ja kemiallisen biologian laitoksella sekä paperin toinen kirjoittaja. 

”Tämä sisäinen ja ulkoinen palautesilmukka antaa meille itsesäätyvää materiaalia. Kun valot sytytetään, se tekee kaiken oman työnsä", Li sanoi.

Materiaali palaa sitten takaisin alkuperäiseen muotoonsa, kun valo sammuu. Koska materiaali voi kiertyä ja muuttaa liikettä muodollaan, yksinkertaisimmatkin rakenteet voidaan konfiguroida uudelleen ja virittää loputtomilla mahdollisuuksilla. 

Michael M. Lurch on jatko-opiskelija Aizenberg Labissa ja toinen paperin kirjoittaja. 

"Osoitimme, että voimme ohjelmoida tämän dynaamisen tanssin koreografian räätälöimällä useita parametreja, mukaan lukien valaistuskulma, valon intensiteetti, molekyylien kohdistus, mikrorakenteen geometria, lämpötila ja säteilytysvälit ja kesto", Lerch sanoi. 

Ryhmä osoitti myös, kuinka pilarit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa osana ryhmää.

"Kun nämä pilarit ryhmitellään yhteen, ne ovat vuorovaikutuksessa hyvin monimutkaisilla tavoilla, koska jokainen muotoaan muuttava pilari heittää varjon naapuriinsa, joka muuttuu muodonmuutosprosessin aikana", Li sanoi. "Ohjelmointi, kuinka nämä varjovälitteiset itsealtistukset muuttuvat ja ovat dynaamisesti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, voisi olla hyödyllistä sellaisissa sovelluksissa kuin dynaaminen tiedon salaus."

"Laaja suunnittelutila yksittäisille ja kollektiivisille liikkeille on potentiaalisesti mullistava pehmeälle robotiikalle, mikrokävelijöille, antureille ja vankkaille tiedon salausjärjestelmille", Aizenberg lisäsi.

Tutkimukseen osallistuivat myös kirjoittajat James T. Waters, Bolei Deng, Reese S. Martens, Yuxing Yao, Do Yoon Kim, Katia Bertoldi, Alison Grinthal ja Anna C. Balazs.