Cercetători antrenează plasticul să meargă sub lumină

Cercetătorii din Finlanda lucrează în prezent la dezvoltarea și “antrenarea” pieselor de plastic pentru a fi comandate de lumină. Acesta este primul caz în care un actuator sintetic, în acest caz termoplastic, este capabil să “învețe” cum să efectueze o acțiune nouă, în acest caz mersul, pe baza experiențelor sale trecute și nu a programării computerizate.

Plasticul din acest proiect este fabricat dintr-o rețea de polimeri lichizi cristalini termoreactivi și o acoperire de colorant. Sunt actuatoare moi care pot converti energia în mișcare mecanică. Actuatorul a fost inițial capabil să răspundă doar la căldură, dar acest lucru se schimbă, deoarece lumina poate fi asociată cu căldura. Din cauza acestui fapt, plasticul poate răspunde la lumină. Actuatorul este destul de flexibil și se îndoaie într-un mod similar cu cel în care un om își îndoaie degetul arătător. Când actuatorul are lumină proiectată asupra lui și, prin urmare, se încălzește, el “merge” într-un mod similar cu un gândac, și se deplasează cu o viteză de 1 mm/s, sau aceeași viteză cu a unei melci.

Arri Priimägi este autorul principal al Universității Tampere.

“Cercetarea noastră este, în esență, o întrebare dacă un material inanimat poate, într-un sens foarte simplu, să învețe”, spune el. “Colegul meu, profesorul Olli Ikkala de la Universitatea Aalto, a pus întrebarea: Pot materialele să învețe, și ce înseamnă dacă materialele ar învăța? Apoi, ne-am unit forțele în această cercetare pentru a face roboți care ar putea, într-un fel, să învețe trucuri noi.”

Alți membri ai echipei de cercetare includ cercetătorii postdoctorali Hao Zeng, Universitatea Tampere, și Hang Zhang, Universitatea Aalto.

Există, de asemenea, un proces de condiționare care asociază lumina cu căldura și implică permisiunea colorantului de pe suprafață să difuzeze în întreg actuatorul, ceea ce îl transformă în albastru. Absorbția generală a luminii este crescută, și efectul fototermal este, de asemenea, crescut. Temperatura actuatorului crește, și apoi se îndoaie sub iradiere.

Conform lui Priimägi, echipa a fost inspirată de un alt experiment bine cunoscut.

“Acest studiu pe care l-am făcut a fost inspirat de experimentul câinelui lui Pavlov”, spune Priimägi.

În acel experiment celebru, un câine a salivat în răspuns la vedere de mâncare, și Pavlov a sunat clopotul înainte de a-i da câinelui mâncare. Acest lucru a fost repetat de câteva ori, și câinele a asociat, în cele din urmă, mâncarea cu clopotul și a început să saliveze imediat ce a auzit clopotul.

“Dacă te gândești la sistemul nostru, căldura corespunde mâncării, și lumina ar corespunde clopotului în experimentul lui Pavlov.”

“Mulți vor spune că împingem analogia prea departe”, spune Priimägi. “Într-un anumit sens, acei oameni au dreptate, deoarece, în comparație cu sistemele biologice, materialul pe care l-am studiat este foarte simplu și limitat. Dar, în circumstanțele potrivite, analogia se aplică.”

Echipa va crește acum complexitatea și controlabilitatea sistemelor, ceea ce va ajuta la găsirea anumitor limite ale analogiilor care pot fi trasate cu sisteme biologice.

“Ne propunem să punem întrebări care ne permit, poate, să privim materialele inanimate dintr-o lumină nouă.”

Sistemele pot face mai mult decât doar să meargă. Ele sunt capabile să “recunoască” și să răspundă la diferite lungimi de undă ale luminii care corespund acoperirii colorantului. Din cauza acestui fapt, materialul devine un micro-robot moale reglabil care poate fi controlat de la distanță, ceea ce este extrem de util pentru aplicații biomedicale.

“Cred că există multe aspecte interesante aici. Aceste rețele de cristale lichide controlate de la distanță se comportă ca niște mușchi artificiali mici”, spune Priimägi. “Sper și cred că există multe moduri în care acestea pot beneficia domeniul biomedical, printre alte domenii, cum ar fi fotonică, în viitor.”