Forskare tränar plast att gå under ljus

Forskare i Finland arbetar för närvarande med att utveckla och “träna” bitar av plast att kunna styras av ljus. Detta är första gången som en syntetisk aktuator, i detta fall termoplast, kan “lära sig” att utföra en ny handling, i detta fall att gå, baserat på dess tidigare erfarenheter och inte datorprogrammering.

Plasten i detta projekt är tillverkad av termo-responsivt flytande kristallnätverk och ett lager av färg. De är mjuka aktuatorer som kan omvandla energi till mekanisk rörelse. Aktuatoren kunde ursprungligen bara svara på värme, men det förändras eftersom ljus kan associeras med värme. På grund av detta kan plasten svara på ljus. Aktuatoren är något flexibel och böjer sig på ett sätt som liknar när en människa böjer sin pekfingrar. När aktuatoren har ljus projicerat på den och därmed blir uppvärmd, “går” den på ett sätt som liknar en inchworm, och den rör sig med en hastighet av 1 mm/s, eller samma takt som en snigel.

Arri Priimägi är en senior författare vid Tampere universitet.

“Vår forskning handlar i princip om att ställa frågan om ett olevande material kan på något sätt lära sig på ett mycket enkelt sätt”, säger han. “Min kollega, professor Olli Ikkala från Aalto universitet, ställde frågan: Kan material lära sig, och vad betyder det om material skulle lära sig? Vi gick sedan samman i denna forskning för att skapa robotar som skulle kunna lära sig nya trick.”

Andra medlemmar i forskarteamet inkluderar postdoktorala forskare Hao Zeng, Tampere universitet, och Hang Zhang, Aalto universitet.

Det finns också en konditioneringsprocess som associerar ljus med värme, och den innebär att färgen på ytan får diffundera genom aktuatoren, vilket gör den blå. Den totala ljusabsorptionen ökar, och den fototermiska effekten ökar också. Aktuatorns temperatur höjs, och den böjer sig vid bestrålning.

Enligt Priimägi var teamet inspirerat av ett annat välkänt experiment.

“Denna studie som vi gjorde var inspirerad av Pavlovs hundexperiment”, säger Priimägi.

I det berömda experimentet saliverade en hund när den såg mat, och Pavlov ringde sedan en klocka innan han gav hunden mat. Detta upprepades flera gånger, och hunden associerade till slut maten med klockan och började salivera när den hörde klockan.

“Om du tänker på vårt system, så motsvarar värmen maten, och ljuset motsvarar klockan i Pavlovs experiment.”

“Många kommer att säga att vi tar analogin för långt”, säger Priimägi. “På något sätt har de rätt, eftersom det material vi studerade är mycket enklare och mer begränsat jämfört med biologiska system. Men under rätt omständigheter håller analogin.”

Teamet kommer nu att öka komplexiteten och kontrollen över systemen, och detta kommer att hjälpa till att hitta vissa gränser för de analogier som kan dras till biologiska system.

“Vi syftar till att ställa frågor som kanske låter oss titta på olevande material ur ett nytt perspektiv.”

Systemen kan göra mer än bara att gå. De kan “känna igen” och svara på olika våglängder av ljus som motsvarar färgen på deras yta. På grund av detta blir materialet ett justerbart mjukt mikro-robot som kan styras på distans, vilket är extremt användbart för biomedicinska tillämpningar.

“Jag tycker att det finns många coola aspekter där. Dessa fjärrstyrda flytande kristallnätverk beter sig som små konstgjorda muskler”, säger Priimägi. “Jag hoppas och tror att det finns många sätt som de kan gynna det biomedicinska området, bland annat inom fotonik, i framtiden.”