Forskere trener plast til å gå under lys

Forskere i Finland arbeider for tiden med å utvikle og “trene” plaststykker til å kunne styres av lys. Dette er første gang en syntetisk aktuator, i dette tilfelle termoplast, kan “lære” å utføre en ny handling, i dette tilfelle gå, basert på tidligere erfaringer og ikke dataprogrammering.

Plasten i dette prosjektet er laget av termo-responsivt flytende krystall polymernettverk og et lag med farge. De er myke aktuatorer som kan omgjøre energi til mekanisk bevegelse. Aktuatoren kunne først bare reagere på varme, men det endrer seg nå siden lys kan assosieres med varme. På grunn av dette kan plasten reagere på lys. Aktuatoren er noe fleksibel og bøyer seg på en lignende måte som en menneskelig pekefinger. Når aktuatoren har lys projisert på den og derfor blir varmet opp, “går” den på en lignende måte som en tusenbein, og den beveger seg med en hastighet på 1 mm/s, eller samme fart som en snegle.

Arri Priimägi er seniorforfatter ved Tampere Universitet.

“Vår forskning spør essensielt om et dødt materiale kan lære på en veldig enkel måte,” sier han. “Min kollega, professor Olli Ikkala fra Aalto Universitet, stilte spørsmålet: Kan materialer lære, og hva betyr det hvis materialer ville lære? Vi slo derefter sammen i denne forskningen for å lage roboter som ville lære nye triks.”

Andre medlemmer av forskningsteamet inkluderer postdoktorandene Hao Zeng, Tampere Universitet, og Hang Zhang, Aalto Universitet.

Det finnes også en kondisjoningsprosess som assosierer lys med varme, og det innebærer å la fargen på overflaten diffundere gjennom aktuatoren, som blir blå. Den totale lysabsorpsjonen øker, og den foto-termiske effekten øker også. Aktuatorens temperatur øker, og den bøyer seg ved stråling.

Ifølge Priimägi var teamet inspirert av et annet velkjent eksperiment.

“Denne studien vi gjorde var inspirert av Pavlovs hund-eksperiment,” sier Priimägi.

I det berømte eksperimentet saliverte en hund i respons til å se mat, og Pavlov ringte deretter en klokke før han ga hunden mat. Dette ble gjentatt noen ganger, og hunden assosierte til slutt mat med klokken og begynte å salivere når den hørte klokken.

“Hvis du tenker på vårt system, korresponderer varme med maten, og lyset korresponderer med klokken i Pavlovs eksperiment.”

“Mange vil si at vi presser denne analogien for langt,” sier Priimägi. “I en viss forstand har disse menneskene rett, fordi sammenlignet med biologiske systemer er materialet vi studerte veldig enkelt og begrenset. Men under de riktige omstendighetene holder analogien.”

Teamet vil nå øke kompleksiteten og kontrollen over systemene, og dette vil hjelpe med å finne visse grenser for analogier som kan trekkes til biologiske systemer.

“Vi har som mål å stille spørsmål som kanskje lar oss se på døde materialer fra et nytt lys.”

Systemene kan gjøre mer enn bare gå. De kan “gjenkjenne” og reagere på forskjellige bølgelengder av lys som korresponderer med belagtningen av deres farge. På grunn av dette blir materialet et justerbart mykt mikro-robot som kan styres på avstand, noe som er ekstremt nyttig for biomedisinske anvendelser.

“Jeg tror det er mange kjølige aspekter der. Disse fjernstyrte flytende krystall-nettverk oppfører seg som små kunstige muskler,” sier Priimägi. “Jeg håper og tror det er mange måter de kan være nyttige for det biomedisinske feltet, blant andre felt som fotonikk, i fremtiden.”