Ricercatori addestrano la plastica a camminare sotto la luce

I ricercatori in Finlandia stanno attualmente lavorando allo sviluppo e alla "formazione" 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" come compiere una nuova azione, in questo caso camminare, basandosi sulle sue esperienze passate e non sulla programmazione del computer.

Le materie plastiche in questo progetto sono realizzate con una rete polimerica a cristalli liquidi termosensibile e uno strato di colorante. Sono attuatori morbidi in grado di convertire l'energia in movimento meccanico. Inizialmente l'attuatore era in grado di rispondere solo al calore, ma le cose stanno cambiando poiché la luce può essere associata al calore. Per questo motivo, la plastica è in grado di rispondere alla luce. L'attuatore è in qualche modo flessibile e si piega in modo simile a come un essere umano piega il dito indice. Quando l'attuatore ha la luce proiettata su di esso e quindi si riscalda, "cammina" in modo simile a un verme, e si muove a una velocità di 1 mm/s, o allo stesso ritmo di una lumaca. 

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

"La nostra ricerca si pone essenzialmente la questione se un materiale inanimato possa in qualche modo apprendere in un senso molto semplicistico", afferma. “Il mio collega, il professor Olli Ikkala della Aalto University, ha posto la domanda: i materiali possono imparare e cosa significa se i materiali imparano? Abbiamo quindi unito le forze in questa ricerca per realizzare robot che in qualche modo imparassero nuovi trucchi". 

Altri membri del gruppo di ricerca includono ricercatori post-dottorato Hao Zeng, Tampere University, e Hang Zhang, Aalto University. 

Esiste anche un processo di condizionamento che associa la luce al calore e comporta la diffusione del colorante sulla superficie attraverso l'attuatore, che lo rende blu. L'assorbimento complessivo della luce è aumentato e anche l'effetto fototermico è aumentato. Anche la temperatura dell'attuatore aumenta e quindi si piega per irraggiamento. 

Secondo Priimägi, il team si è ispirato a un altro noto esperimento. 

"Questo studio che abbiamo fatto è stato ispirato dall'esperimento del cane di Pavlov", dice Priimägi.

In quel famoso esperimento, un cane salivava in risposta alla vista del cibo, e Pavlov suonò il campanello prima di dargli del cibo. Questo è stato ripetuto alcune volte e alla fine il cane ha associato il cibo al campanello e ha iniziato a salivare una volta che ha sentito il campanello. 

"Se pensi al nostro sistema, il calore corrisponde al cibo e la luce corrisponderebbe alla campana nell'esperimento di Pavlov."

"Molti diranno che stiamo spingendo troppo oltre questa analogia", afferma 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 ora aumenterà la complessità e la controllabilità dei sistemi, e questo aiuterà a trovare alcuni limiti delle analogie che si possono tracciare con i sistemi biologici. 

“Il nostro obiettivo è porre domande che magari ci permettano di guardare i materiali inanimati da una nuova luce.”

I sistemi possono fare molto di più che camminare. Sono in grado di "riconoscere" e rispondere a diverse lunghezze d'onda della luce che corrispondono al rivestimento del suo colorante. Per questo motivo, il materiale diventa un micro-robot morbido sintonizzabile in grado di essere controllato a distanza, estremamente utile per le applicazioni biomediche. 

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