Tutkijat kouluttavat muovia kävelemään valossa

Suomalaiset tutkijat kehittävät ja "kouluttavat" muovikappaleita valon ohjaamiseen. Tämä on ensimmäinen kerta, kun synteettinen toimilaite, tässä tapauksessa termoplastinen, pystyy "oppimaan" uuden toiminnon, tässä tapauksessa kävelyn, aikaisempien kokemustensa eikä tietokoneohjelmoinnin perusteella.

Tämän projektin muovit on valmistettu lämpöherkästä nestekidepolymeeriverkostosta ja väriainekerroksesta. Ne ovat pehmeitä toimilaitteita, jotka pystyvät muuttamaan energian mekaaniseksi liikkeeksi. Toimilaite pystyi aluksi reagoimaan vain lämpöön, mutta se on muuttumassa, koska valo voidaan yhdistää lämpöön. Tämän ansiosta muovi pystyy reagoimaan valoon. Toimilaite on jonkin verran joustava ja taivuttaa itseään samalla tavalla kuin ihminen taivuttaa etusormeaan. Kun toimilaite on heijastunut siihen valoa ja sen vuoksi lämmennyt, se "kävelee" tuumamatolla ja liikkuu nopeudella 1 mm/s eli samaa tahtia kuin etana. 

Arri Priimägi on Tampereen yliopiston vanhempi kirjailija.

"Tutkimuksemme pohjimmiltaan kysyy, voiko eloton materiaali jotenkin oppia hyvin yksinkertaistetussa mielessä", hän sanoo. ”Kollegani, professori Olli Ikkala Aalto-yliopistosta esitti kysymyksen: Voivatko materiaalit oppia, ja mitä se tarkoittaa, jos materiaalit oppisivat? Yhdistimme sitten voimamme tässä tutkimuksessa luodaksemme robotteja, jotka jotenkin oppisivat uusia temppuja. 

Muita tutkimusryhmän jäseniä ovat post doc -tutkijat Hao Zeng Tampereen yliopistosta ja Hang Zhang Aalto-yliopistosta. 

On myös ilmastointiprosessi, joka yhdistää valon lämpöön, ja siihen sisältyy pinnalla olevan väriaineen antaminen levitä koko toimielimeen, mikä muuttaa sen siniseksi. Valon kokonaisabsorptio lisääntyy, ja myös fototerminen vaikutus lisääntyy. Myös toimilaitteen lämpötila kohoaa, ja se taipuu säteilyttäessä. 

Priimägin mukaan tiimi sai inspiraationsa toisesta tunnetusta kokeilusta. 

"Tämä tutkimus, jonka teimme, on saanut inspiraationsa Pavlovin koirakokeesta", Priimägi sanoo.

Tuossa kuuluisassa kokeessa koira eritti sylkeä nähdessään ruokaa, ja Pavlov soitti sitten kelloa ennen kuin antoi koiralle ruokaa. Tämä toistettiin muutaman kerran, ja lopulta koira liitti ruoan kelloon ja alkoi vuotaa sylkeä kuultuaan kellon. 

"Jos ajattelee järjestelmäämme, lämpö vastaa ruokaa ja valo vastaa kelloa Pavlovin kokeessa."

"Monet sanovat, että työnnämme tämän analogian liian pitkälle", Priimägi sanoo. ”Jossain mielessä nuo ihmiset ovat oikeassa, koska biologisiin järjestelmiin verrattuna tutkimamme materiaali on hyvin yksinkertaista ja rajallista. Mutta oikeissa olosuhteissa analogia pätee."

Tiimi lisää nyt järjestelmien monimutkaisuutta ja hallittavuutta, mikä auttaa löytämään tiettyjä rajoja biologisiin järjestelmiin vedettävissä analogioissa. 

"Pyrimme esittämään kysymyksiä, jotka ehkä antavat meille mahdollisuuden tarkastella elottomia materiaaleja uudesta valosta."

Järjestelmät voivat tehdä muutakin kuin vain kävellä. Ne pystyvät "tunnistamaan" ja reagoimaan erilaisiin valon aallonpituuksiin, jotka vastaavat sen väriaineen pinnoitetta. Tämän ansiosta materiaalista tulee säädettävä pehmeä mikrorobotti, jota voidaan ohjata kauko-ohjauksella, mikä on erittäin hyödyllistä biolääketieteen sovelluksissa. 

"Mielestäni siinä on paljon hienoja puolia. Nämä kauko-ohjatut nestekidenäyttöverkot käyttäytyvät kuin pieniä tekolihaksia”, Priimägi sanoo. "Toivon ja uskon, että niillä on monia tapoja, joilla ne voivat hyödyttää biolääketieteen alaa, muun muassa fotoniikan kaltaisia ​​aloja tulevaisuudessa."