רובוטיקה
חוקרים יוצרים ריסים מלאכותיים בעלי הנעה עצמית
חוקרים מבית הספר להנדסה ולמדעים שימושיים בהרווארד ג'ון א. פולסון (SEAS) פיתחו בהצלחה ריסים מלאכותיים בעלי הנעה עצמית וניתנת לתכנות. ההתקדמות החדשה מגיעה לאחר שנים של מדענים שניסו להנדס ריסים זעירים ומלאכותיים עבור מערכות רובוטיות מיניאטוריות. הריסים המלאכותיים יכולים לעזור למערכות רובוטיות כאלה לבצע תנועות מורכבות ביותר כמו כיפוף, פיתול והיפוך.
המחקר פורסם ב- טבע.
בניית מבני מיקרו
באופן מסורתי, בניית מיקרו-מבנים דורשת תהליכי ייצור רב-שלבים וגירויים שונים על מנת ליצור תנועות מורכבות, מה שהגביל את היישומים בקנה מידה רחב שלהם.
המבנים החדשים שפותחו בקנה מידה מיקרוני יכולים לשמש עבור יישומים רבים, כולל רובוטיקה רכה, מכשירים רפואיים תואמים ביו והצפנת מידע דינמית.
ג'ואנה אייזנברג היא פרופסור למדעי החומרים בצבא סמית' ברילסון ופרופסור לכימיה וביולוגיה כימית ב-SEAS. היא גם מחברת בכירה של העיתון.
"חידושים בחומרים מווסתים עצמית המסוגלים למגוון רחב של תנועות מתוכנתות מייצגים תחום פעיל מאוד, אשר מטופל על ידי צוותים בינתחומיים של מדענים ומהנדסים," אמר אייזנברג. "ההתקדמות שהושגה בתחום זה עשויה להשפיע באופן משמעותי על הדרכים שבהן אנו מעצבים חומרים והתקנים עבור מגוון יישומים, כולל רובוטיקה, רפואה וטכנולוגיות מידע."
הפעלת המבנה להגדיר מחדש ולהניע
בעוד מחקר קודם כלל חומרים מורכבים מרובי רכיבים כדי להשיג את האלמנטים המבניים של מערכות אלו, הצוות החדש עיצב עמוד מיקרו-מבנה העשוי מחומר בודד. החומר הבודד הזה הוא אלסטומר גביש נוזלי המגיב לצילום, המאפשר לאבני הבניין להתיישר מחדש ולמבנה לשנות צורה כאשר האור פוגע במיקרו.
כאשר מתרחש שינוי הצורה, הדבר הראשון שקורה הוא המקום בו האור פוגע הופך לשקוף, מה שמאפשר לאור לחדור עמוק יותר לתוך החומר ולגרום לעיוותים נוספים. לאחר מכן, החומר מתעוות והצורה משתנה, כלומר כתם חדש על העמוד נחשף לאור ומשנה צורה גם כן.
תהליך זה מאפשר למיקרו-מבנה להניע במחזור של תנועה.
Shucong Li הוא סטודנט לתואר שני במחלקה לכימיה וביולוגיה כימית בהרווארד, וכן מחבר ראשון במאמר.
"לולאת המשוב הפנימית והחיצונית הזו נותנת לנו חומר לוויסות עצמי. ברגע שאתה מדליק את האור, הוא עושה את כל העבודה שלו", אמר לי.
לאחר מכן החומר חוזר לצורתו המקורית כאשר האור נכבה. מכיוון שהחומר יכול להתפתל ולשנות תנועה עם צורתו, ניתן להגדיר מחדש ולכוונן את המבנים הפשוטים ביותר עם אינסוף אפשרויות.
Michael M. Lurch הוא פוסט-דוקטורט במעבדת אייזנברג ושותף לכותב הראשון של המאמר.
"הראינו שאנחנו יכולים לתכנת את הכוריאוגרפיה של הריקוד הדינמי הזה על ידי התאמה של מגוון פרמטרים, כולל זווית הארה, עוצמת האור, יישור מולקולרי, גיאומטריה של מיקרו-מבנה, טמפרטורה ומרווחי הקרנה ומשך הקרינה", אמר לרץ'.
הצוות גם הדגים כיצד העמודים מתקשרים זה עם זה כחלק ממערך.
"כאשר עמודים אלו מקובצים יחד, הם מקיימים אינטראקציה בדרכים מורכבות מאוד מכיוון שכל עמוד מעוות מטיל צל על שכנו, אשר משתנה לאורך תהליך העיוות", אמר לי. "תכנות כיצד החשיפות העצמיות המתווכות בצל משתנות ומקיימות אינטראקציה דינמית זו עם זו עשויה להיות שימושית עבור יישומים כגון הצפנת מידע דינמית."
"מרחב העיצוב העצום עבור תנועות אינדיבידואליות וקולקטיביות עשוי לשנות עבור רובוטיקה רכה, מיקרו-הליכים, חיישנים ומערכות הצפנת מידע חזקות", הוסיף אייזנברג.
המחקר כלל גם מחברים שותפים ג'יימס טי ווטרס, בוליי דנג, ריס ס. מרטנס, יוקסינג יאו, דו יון קים, קטיה ברטולדי, אליסון גרינטל ואנה סי בלאס.
