Ricercatori che addestrano il plastico a camminare sotto la luce

I ricercatori in Finlandia stanno attualmente lavorando sullo sviluppo e sull’addestramento di pezzi di plastica per essere comandati dalla luce. Questa è la prima volta che un attuatore sintetico, in questo caso termoplastico, è in grado di “imparare” a eseguire una nuova azione, in questo caso camminare, in base alle sue esperienze passate e non alla programmazione del computer.

I plastici in questo progetto sono fatti di una rete di polimeri a cristalli liquidi termoresponsivi e di un rivestimento di colore. Sono attuatori morbidi in grado di convertire l’energia in movimento meccanico. L’attuatore inizialmente poteva rispondere solo al calore, ma questo sta cambiando poiché la luce può essere associata al calore. A causa di questo, il plastico è in grado di rispondere alla luce. L’attuatore è leggermente flessibile e si piega in un modo simile a come un essere umano piega il dito indice. Quando l’attuatore ha la luce proiettata su di esso e quindi si scalda, “cammina” in modo simile a un bruco, e si muove a una velocità di 1 mm/s, o alla stessa velocità di una lumaca.

Arri Priimägi è un autore senior dell’Università di Tampere.

“La nostra ricerca si chiede essenzialmente se un materiale inanimato possa in qualche modo imparare in un senso molto semplice”, dice. “Il mio collega, il professor Olli Ikkala dell’Università di Aalto, ha posto la domanda: possono i materiali imparare, e cosa significa se i materiali imparassero? Ci siamo quindi uniti in questa ricerca per creare robot che potessero in qualche modo imparare nuovi trucchi”.

Altri membri del team di ricerca includono i ricercatori post-dottorali Hao Zeng, Università di Tampere, e Hang Zhang, Università di Aalto.

C’è anche un processo di condizionamento che associa la luce al calore, e che coinvolge il permettere al colore sulla superficie di diffondersi nell’attuatore, che lo rende blu. L’assorbimento totale della luce aumenta, e l’effetto fototermico aumenta anch’esso. La temperatura dell’attuatore aumenta anche, e si piega quando viene irradiato.

Secondo Priimägi, il team è stato ispirato da un altro esperimento ben noto.

“Questo studio che abbiamo fatto è stato ispirato dall’esperimento del cane di Pavlov”, dice Priimägi.

In quell’esperimento famoso, un cane salivava in risposta al vedere il cibo, e Pavlov suonava il campanello prima di dare il cibo al cane. Ciò è stato ripetuto alcune volte, e il cane ha finito per associare il cibo al campanello e ha iniziato a salivare quando sentiva il campanello.

“Se pensi al nostro sistema, il calore corrisponde al cibo, e la luce corrisponde al campanello nell’esperimento di Pavlov”.

“Molti diranno che stiamo spingendo troppo lontano questa analogia”, dice Priimägi. “In un certo senso, quelle persone hanno ragione perché, rispetto ai sistemi biologici, il materiale che abbiamo studiato è molto semplice e limitato. Ma nelle giuste circostanze, l’analogia regge”.

Il team aumenterà ora la complessità e la controllabilità dei sistemi, e ciò aiuterà a trovare certi limiti delle analogie che possono essere tratte dai sistemi biologici.

“Cerchiamo di porre domande che forse ci permettono di guardare i materiali inanimati da una nuova prospettiva”.

I sistemi possono fare più che solo camminare. Sono in grado di “riconoscere” e rispondere a diverse lunghezze d’onda di luce che corrispondono al rivestimento del loro colore. A causa di questo, il materiale diventa un robot morbido micro-tunabile in grado di essere controllato a distanza, il che è estremamente utile per le applicazioni biomediche.

“Credo che ci siano molti aspetti interessanti. Queste reti di cristalli liquidi controllate a distanza si comportano come piccoli muscoli artificiali”, dice Priimägi. “Spero e credo che ci siano molti modi in cui possono beneficiare il campo biomedico, tra gli altri campi come la fotonica, nel futuro”.