Исследователи тренируют пластик для ходьбы под светом

Исследователи в Финляндии в настоящее время работают над разработкой и “тренировкой” кусков пластика, чтобы они могли быть командными светом. Это первый раз, когда синтетический актуатор, в данном случае термопластичный, может “научиться” выполнять новое действие, в данном случае ходить, на основе своего прошлого опыта и не компьютерной программы.

Пластики в этом проекте сделаны из термореспонсивной жидкокристаллической полимерной сети и слоя красителя. Они являются мягкими актуаторами, которые могут преобразовывать энергию в механическое движение. Актуатор изначально мог реагировать только на тепло, но это меняется, поскольку свет может быть связан с теплом. Благодаря этому, пластик может реагировать на свет. Актуатор немного гибкий и сгибается подобно тому, как человек сгибает свой указательный палец. Когда на актуатор проецируется свет и он нагревается, он “ходит” подобно гусенице, и движется со скоростью 1 мм/с, что равно скорости улитки.

Арри Приимяги является старшим автором Тамперского университета.

“Наше исследование по сути задает вопрос, может ли неодушевленный материал как-то научиться в очень простом смысле”, – говорит он. “Мой коллега, профессор Олли Иккала из Аалто-университета, поставил вопрос: могут ли материалы научиться, и что это значит, если материалы научатся? Мы затем объединились в этом исследовании, чтобы создать роботов, которые как-то научатся новым трюкам”.

Другими членами исследовательской команды являются постдокторанты Хао Цзэн из Тамперского университета и Хан Цзhang из Аалто-университета.

Также существует процесс кондиционирования, который связывает свет с теплом, и он включает в себя возможность красителя на поверхности диффундировать по всему актуатору, что делает его синим. Общее поглощение света увеличивается, и фототермический эффект также увеличивается. Температура актуатора также повышается, и он затем сгибается при облучении.

По словам Приимяги, команда была вдохновлена другим известным экспериментом.

“Это исследование, которое мы провели, было вдохновлено экспериментом Павлова с собакой”, – говорит Приимяги.

В том знаменитом эксперименте собака слюнила в ответ на вид еды, и Павлов затем звонил в колокольчик перед тем, как дать собаке еду. Это было повторено несколько раз, и собака в конечном итоге связала еду с колокольчиком и начала слюни, когда услышала колокольчик.

“Если вы подумаете о нашей системе, тепло соответствует еде, а свет соответствует колокольчику в эксперименте Павлова”.

“Многие скажут, что мы слишком далеко заходим в эту аналогию”, – говорит Приимяги. “В некотором смысле, эти люди правы, поскольку по сравнению с биологическими системами, материал, который мы изучали, очень прост и ограничен. Но при правильных обстоятельствах аналогия держится”.

Команда теперь увеличит сложность и контролируемость систем, и это поможет найти определенные пределы аналогий, которые можно провести к биологическим системам.

“Мы ставим вопросы, которые, возможно, позволят нам посмотреть на неодушевленные материалы в новом свете”.

Системы могут делать больше, чем просто ходить. Они способны “распознавать” и реагировать на разные длины волн света, соответствующие покрытию их красителя. Благодаря этому, материал становится настраиваемым мягким микро-роботом, который может быть удаленно контролируем, что очень полезно для биомедицинских применений.

“Я думаю, что там есть много крутых аспектов. Эти удаленно контролируемые жидкокристаллические сети ведут себя как небольшие искусственные мышцы”, – говорит Приимяги. “Я надеюсь и верю, что есть много способов, которыми они могут принести пользу биомедицинской области, среди других областей, таких как фотоника, в будущем”.