Исследователи Создали Самодвижущиеся Искусственные Реснички

Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) успешно разработали самодвижущиеся, программируемые искусственные реснички. Это новое достижение стало возможным после многих лет попыток ученых создать крошечные искусственные реснички для миниатюрных роботических систем. Искусственные реснички могут помочь таким роботическим системам выполнять сложные движения, такие как сгибание, скручивание и реверсирование.

Исследование было опубликовано в Nature.

Конструкция Микроструктур

Традиционно, конструкция микроструктур требует многоступенчатых процессов изготовления и различных стимулов для создания сложных движений, что ограничивает их широкое применение.

Недавно разработанные микронные структуры могут быть использованы для многих применений, включая мягкую робототехнику, биосовместимые медицинские устройства и динамическую информационную криптографию.

Джоанна Айзенберг является профессором материаловедения и профессором химии и химической биологии в SEAS. Она также является старшим автором статьи.

“Инновации в области адаптивных самоуправляемых материалов, способных к программированию различных движений, представляют собой очень активную область, которая решается междисциплинарными командами ученых и инженеров”, – сказала Айзенберг. “Достижения, достигнутые в этой области, могут существенно повлиять на то, как мы проектируем материалы и устройства для различных применений, включая робототехнику, медицину и информационные технологии”.

Включение Структуры для Перестановки и Движения

В то время как предыдущие исследования включали сложные многокомпонентные материалы для достижения структурных элементов этих систем, новая команда разработала микроструктурную опору, изготовленную из одного материала. Этот материал представляет собой фотоответствующий жидкокристаллический эластомер, который позволяет строительным блокам переставляться и структуре менять форму при воздействии света на микроструктуру.

Когда происходит изменение формы, первое, что происходит, – это то, что место, где свет попадает, становится прозрачным, что позволяет свету проникать глубже в материал и вызывать еще больше деформаций. После этого материал деформируется, и форма меняется, что означает, что новое место на опоре подвергается воздействию света и меняет форму.

Этот процесс позволяет микроструктуре двигаться в цикле движения.

Шуцонг Ли является аспирантом кафедры химии и химической биологии в Гарварде, а также соавтором статьи.

“Эта внутренняя и внешняя обратная связь дает нам самоуправляемый материал. Как только вы включите свет, он делает всю свою работу”, – сказал Ли.

Материал затем возвращается к своей исходной форме, когда свет выключается. Поскольку материал может скручиваться и менять движение при изменении формы, самые простые структуры могут быть переставлены и настроены с бесконечными возможностями.

Майкл М. Лерх является постдокторантом в лаборатории Айзенберг и соавтором статьи.

“Мы показали, что мы можем запрограммировать хореографию этого динамического танца, настраивая ряд параметров, включая угол освещения, интенсивность света, молекулярную ориентацию, геометрию микроструктуры, температуру и интервалы и продолжительность облучения”, – сказал Лерх.

Команда также продемонстрировала, как опоры взаимодействуют друг с другом в составе массива.

“Когда эти опоры сгруппированы вместе, они взаимодействуют очень сложными способами, поскольку каждая деформируемая опора отбрасывает тень на своего соседа, которая меняется на протяжении всего процесса деформации”, – сказал Ли. “Программирование того, как эти тени меняются и взаимодействуют динамически друг с другом, может быть полезным для таких применений, как динамическая информационная криптография”.

“Огромное пространство проектирования для индивидуальных и коллективных движений потенциально может стать трансформационным для мягкой робототехники, микроходунов, датчиков и надежных систем информационной криптографии”, – добавила Айзенберг.

Исследование также включало соавторов Джеймса Т. Уотерса, Болея Дэна, Риза С. Мартенса, Юсинга Яо, До Юна Кима, Кати Бертольди, Элисон Гринталь и Анны С. Балазс.