शोधकर्ता स्व-प्रेरित कृत्रिम सिलिया बनाते हैं

हार्वर्ड जॉन ए पॉलसन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंसेज (एसईएएस) के शोधकर्ताओं ने स्व-प्रेरित, प्रोग्रामयोग्य कृत्रिम सिलिया विकसित करने में सफलता प्राप्त की है। यह नया प्रगति वैज्ञानिकों द्वारा मिनिएचर रोबोटिक सिस्टम के लिए छोटे, कृत्रिम सिलिया को इंजीनियर करने के प्रयासों के वर्षों के बाद आती है। कृत्रिम सिलिया ऐसे रोबोटिक सिस्टम को जटिल गतियों जैसे कि मोड़, ट्विस्ट और रिवर्स करने में मदद कर सकते हैं।

शोध को नेचर में प्रकाशित किया गया था।

माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण

पारंपरिक रूप से, माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण जटिल गतियों को बनाने के लिए बहु-चरण निर्माण प्रक्रियाओं और विभिन्न उत्तेजनाओं की आवश्यकता होती है, जिसने उनके व्यापक अनुप्रयोगों को सीमित कर दिया है।

विकसित किए गए नए माइक्रोस्केल संरचनाएं कई अनुप्रयोगों के लिए उपयोग की जा सकती हैं, जिनमें सॉफ्ट रोबोटिक्स, बायोकम्पैटिबल मेडिकल डिवाइस और डायनेमिक इंफॉर्मेशन एन्क्रिप्शन शामिल हैं।

जोआना आइजेनबर्ग एसईएएस में सामग्री विज्ञान और रसायन विज्ञान और रासायनिक जीवविज्ञान के आर्मी स्मिथ बेर्लसन प्रोफेसर हैं। वह पत्र के वरिष्ठ लेखक भी हैं।

“आत्म-नियमित सामग्रियों में नवाचार जो विभिन्न प्रोग्रामयोग्य गतियों में सक्षम हैं, एक बहुत ही सक्रिय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है, जिसे वैज्ञानिकों और इंजीनियरों की अंतरविषयक टीमों द्वारा संबोधित किया जा रहा है,” आइजेनबर्ग ने कहा। “इस क्षेत्र में प्राप्त प्रगति सामग्रियों और उपकरणों के डिजाइन के तरीके को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती है, जिसमें रोबोटिक्स, चिकित्सा और सूचना प्रौद्योगिकी शामिल हैं।”

संरचना को पुनर्गठित और प्रेरित करने में सक्षम बनाना

जबकि पिछले शोध में इन प्रणालियों के संरचनात्मक तत्वों को प्राप्त करने के लिए जटिल बहु-घटक सामग्री शामिल थी, नए दल ने एक ही सामग्री से बने माइक्रोस्ट्रक्चर पिलर को डिजाइन किया। यह एकल सामग्री एक फोटोरेस्पॉन्सिव लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमर है, जो माइक्रोस्ट्रक्चर के निर्माण खंडों को पुनर्स्थापित करने और संरचना को आकार बदलने में सक्षम बनाता है जब प्रकाश माइक्रोस्ट्रक्चर पर पड़ता है।

जब आकार परिवर्तन होता है, तो पहली चीज जो होती है वह यह है कि प्रकाश के संपर्क में आने वाला स्थान पारदर्शी हो जाता है, जो सामग्री में गहराई से प्रवेश करने और और भी अधिक विकृतियों का कारण बनने की अनुमति देता है। इसके बाद, सामग्री विकृत हो जाती है और आकार बदलता है, जिसका अर्थ है कि पिलर पर एक नया स्थान प्रकाश के संपर्क में आता है और आकार बदलता है।

यह प्रक्रिया माइक्रोस्ट्रक्चर को एक गति चक्र में प्रेरित करने में सक्षम बनाती है।

शुकोंग ली हार्वर्ड में रसायन विज्ञान और रासायनिक जीवविज्ञान विभाग में एक स्नातक छात्र है, साथ ही पत्र के सह-पहले लेखक हैं।

“यह आंतरिक और बाहरी फीडबैक लूप हमें स्व-नियमित सामग्री देता है। एक बार जब आप प्रकाश चालू करते हैं, तो यह अपना सारा काम स्वयं करता है,” ली ने कहा।

सामग्री तब अपने मूल आकार में वापस आ जाती है जब प्रकाश बंद हो जाता है। क्योंकि सामग्री अपने आकार के साथ मोड़ और गति बदल सकती है, सरल संरचनाएं अंतहीन संभावनाओं के साथ पुनर्गठित और ट्यून की जा सकती हैं।

माइकल एम लर्च आइजेनबर्ग लैब में एक पोस्टडॉक्टरल फेलो है और पत्र के सह-पहले लेखक हैं।

“हमने दिखाया कि हम प्रोग्राम कर सकते हैं इस गतिशील नृत्य की कोरियोग्राफी पैरामीटर्स की एक श्रृंखला को टेलर करके, जिसमें प्रकाश कोण, प्रकाश तीव्रता, आणविक संरेखण, माइक्रोस्ट्रक्चर ज्यामिति, तापमान और विकिरण अंतराल और अवधि शामिल हैं,” लर्च ने कहा।

टीम ने यह भी प्रदर्शित किया कि पिलर एक सरणी के हिस्से के रूप में एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं।

“जब ये पिलर एक साथ समूहित होते हैं, तो वे बहुत जटिल तरीकों से बातचीत करते हैं क्योंकि प्रत्येक विकृत पिलर अपने पड़ोसी पर एक छाया डालता है, जो विकृति प्रक्रिया के दौरान बदलता रहता है,” ली ने कहा। “इन छाया-मध्यस्थ स्व-एक्सपोजर को कैसे बदलने और गतिशील रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत करने के लिए प्रोग्राम करना डायनेमिक इंफॉर्मेशन एन्क्रिप्शन जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी हो सकता है।”

“व्यक्तिगत और सामूहिक गतियों के लिए विशाल डिजाइन स्थान सॉफ्ट रोबोटिक्स, माइक्रो-वॉकर, सेंसर और मजबूत सूचना एन्क्रिप्शन प्रणालियों के लिए संभावित रूप से परिवर्तनकारी है,” आइजेनबर्ग ने जोड़ा।

शोध में सह-लेखक जेम्स टी वाटर्स, बोलेई डेंग, रीसे एस मार्टेंस, युक्सिंग याओ, डू यून किम, केटिया बेर्टोल्डी, अलिसन ग्रिंथल और अन्ना सी बालाज़ शामिल थे।