Naukowcy trenują plastik, aby chodził pod wpływem światła

Fińscy naukowcy obecnie pracują nad rozwojem i “trenowaniem” kawałków plastiku, aby mogły być sterowane za pomocą światła. Jest to pierwszy raz, kiedy syntetyczny aktuator, w tym przypadku termoplastyczny, jest w stanie “nauczyć się” nowego działania, w tym przypadku chodzenia, na podstawie swoich wcześniejszych doświadczeń, a nie programowania komputerowego.

Plastiki w tym projekcie są wykonane z termo-czułej sieci polimerowej i powłoki barwnika. Są to miękkie akatory, które mogą przekształcić energię w ruch mechaniczny. Aktor był początkowo w stanie tylko reagować na ciepło, ale teraz może reagować na światło, ponieważ światło może być skojarzone z ciepłem. Dzięki temu plastik może reagować na światło. Aktor jest nieco giętki i zagina się w podobny sposób, jak ludzki palec wskazujący. Kiedy aktor ma światło skierowane na niego i staje się nagrzany, “chodzi” podobnie do gąsienicy, i porusza się z prędkością 1 mm/s, czyli taką samą jak ślimak.

Arri Priimägi jest starszym autorem Uniwersytetu w Tampere.

“Nasze badania są podstawą pytania, czy nieożywiona materia może w jakiś sposób nauczyć się w bardzo prosty sposób”, mówi. “Mój kolega, profesor Olli Ikkala z Uniwersytetu Aalto, zadał pytanie: Czy materiały mogą się uczyć, i co to znaczy, jeśli materiały by się uczyły? Wtedy połączyliśmy siły w tym badaniu, aby stworzyć roboty, które mogłyby się nauczyć nowych sztuczek.”

Innymi członkami zespołu badawczego są postdoktoranci Hao Zeng, Uniwersytet w Tampere, i Hang Zhang, Uniwersytet Aalto.

Istnieje również proces kondycjonowania, który łączy światło z ciepłem, i polega na pozwaleniu barwnikowi na powierzchni dyfundować przez cały aktor, co sprawia, że staje się on niebieski. Ogólna absorpcja światła jest zwiększona, a efekt fototermiczny jest również zwiększony. Temperatura aktora również rośnie, a następnie zagina się podczas napromieniowania.

Według Priimägi, zespół został zainspirowany innym znanych eksperymentem.

“To badanie, które przeprowadziliśmy, zostało zainspirowane eksperymentem psa Pawłowa”, mówi Priimägi.

W tym słynnym eksperymencie pies ślinił w odpowiedzi na widok jedzenia, a Pawłow dzwonił dzwonkiem przed podaniem psu jedzenia. To było powtarzane kilka razy, a pies ostatecznie skojarzył jedzenie z dzwonkiem i zaczął ślinić, gdy usłyszał dzwonek.

“Jeśli pomyślisz o naszym systemie, ciepło odpowiada jedzeniu, a światło odpowiada dzwonkowi w eksperymencie Pawłowa.”

“Wielu ludzi powie, że zbyt daleko idziemy z tą analogią”, mówi Priimägi. “W pewnym sensie ci ludzie mają rację, ponieważ w porównaniu z systemami biologicznymi, materiał, który badaliśmy, jest bardzo prosty i ograniczony. Ale w odpowiednich okolicznościach analogia jest prawidłowa.”

Zespół teraz zwiększy złożoność i sterowalność systemów, co pomoże znaleźć pewne granice analogii, które można wyciągnąć z systemów biologicznych.

“Chcemy zadawać pytania, które może pozwolą nam spojrzeć na nieożywione materiały w nowym świetle.”

Systemy mogą robić więcej niż tylko chodzić. Są w stanie “rozpoznać” i reagować na różne długości fal światła, które odpowiadają powłoce barwnika. Dzięki temu materiał staje się tunelem miękkim mikro-robotem, który może być zdalnie sterowany, co jest bardzo przydatne w aplikacjach biomedycznych.

“Myślę, że jest wiele fajnych aspektów. Te zdalnie sterowane sieci krystaliczne cieczy zachowują się jak małe sztuczne mięśnie”, mówi Priimägi. “Mam nadzieję i wierzę, że istnieje wiele sposobów, w jakie mogą one przynieść korzyści polu biomedycznemu, a także innym polom, takim jak fotonicznym, w przyszłości.”