นักวิจัยฝึกพลาสติกให้เดินภายใต้แสง

นักวิจัยในฟินแลนด์กำลังพัฒนาพลาสติกให้สามารถควบคุมได้ด้วยแสง ซึ่งเป็นครั้งแรกที่แอกตูเอเตอร์แบบสังเคราะห์สามารถ “เรียนรู้” เพื่อทำการกระทำใหม่ๆ ตามประสบการณ์ในอดีต ไม่ใช่จากการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์

พลาสติกในโครงการนี้ทำจากโพลีเมอร์เครือข่ายคริสตัลเหลวที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิและเคลือบด้วยสี พวกมันเป็นแอกตูเอเตอร์แบบอ่อนที่สามารถแปลงพลังงานเป็นพลังงานกล เมื่อแรกเริ่ม แอกตูเอเตอร์สามารถตอบสนองต่ออุณหภูมิเท่านั้น แต่สิ่งนี้เปลี่ยนแปลงไปเมื่อแสงสามารถเชื่อมโยงกับความร้อนได้ ดังนั้นพลาสติกจึงสามารถตอบสนองต่อแสงได้ แอกตูเอเตอร์มีความยืดหยุ่นและโค้งงอในลักษณะที่คล้ายกับมนุษย์โค้งนิ้วชี้ เมื่อแอกตูเอเตอร์มีแสงฉายลงมาและอุ่นขึ้น มันจะ “เดิน” คล้ายๆ กับหนอนผีเสื้อ และเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1 มม./วินาที หรือเท่ากับความเร็วของหอยทาก

อาร์รี ปริมาگی เป็นนักวิจัยอาวุโสจากมหาวิทยาลัยแทมเปเร

“การวิจัยของเรากำลังถามคำถามว่า วัสดุไม่มีชีวิตสามารถเรียนรู้ได้หรือไม่ในความหมายที่เรียบง่าย” เขากล่าว “เพื่อนร่วมงานของฉัน ศาสตราจารย์オลลี อิกคาลา จากมหาวิทยาลัยอัลโต้ ได้ถามคำถามว่า วัสดุสามารถเรียนรู้ได้หรือไม่ และถ้าวัสดุสามารถเรียนรู้ได้ จะหมายถึงอะไร เราได้ร่วมมือกันในการวิจัยนี้เพื่อสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถเรียนรู้ทักษะใหม่ๆ”

สมาชิกอื่นๆ ในทีมวิจัย ได้แก่ นักวิจัยหลังปริญญาเอก ฮาว ซิง และฮาง จาง จากมหาวิทยาลัยแทมเปเร และมหาวิทยาลัยอัลโต้

มีกระบวนการปรับสภาพที่เชื่อมโยงแสงเข้ากับความร้อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปล่อยสีบนพื้นผิวให้แพร่กระจายไปทั่วแอกตูเอเตอร์ ทำให้แอกตูเอเตอร์เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน การดูดกลืนแสงโดยรวมเพิ่มขึ้น และผลกระทบโฟโต้เทอร์มอลก็เพิ่มขึ้นด้วย อุณหภูมิของแอกตูเอเตอร์ขึ้น และมันจะโค้งงอเมื่อถูกฉายแสง

ตามที่ปริมาگی กล่าวว่า ทีมวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากการทดลองอื่นที่มีชื่อเสียง

“การศึกษาที่เราทำนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากการทดลองของปัฟลอฟ” ปริมาگیกล่าว

ใน thí nghiệmที่มีชื่อเสียงนั้น สุนัขจะ流涎เมื่อเห็นอาหาร และปัฟลอฟก็สั่นกระดิ่งก่อนให้อาหารสุนัข สิ่งนี้ถูกทำซ้ำหลายครั้ง และสุนัขก็เริ่มเชื่อมโยงอาหารกับเสียงกระดิ่งและเริ่ม流涎เมื่อได้ยินเสียงกระดิ่ง

“ถ้าคุณคิดเกี่ยวกับระบบของเรา ความร้อนจะเทียบเท่ากับอาหาร และแสงจะเทียบเท่ากับเสียงกระดิ่งในการทดลองของปัฟลอฟ”

“หลายคนจะบอกว่าเรากำลังดึงความคล้ายคลึงกันไปไกลเกินไป” ปริมาگیกล่าว “ในบางความหมาย ผู้คนเหล่านั้นถูกต้อง เพราะ เมื่อเทียบกับระบบชีวภาพ วัสดุที่เราศึกษานั้นง่ายและจำกัดมาก แต่ภายใต้สถานการณ์ที่เหมาะสม ความคล้ายคลึงกันจะยังคงอยู่”

ทีมวิจัยจะเพิ่มความซับซ้อนและความสามารถในการควบคุมของระบบ ซึ่งจะช่วยให้สามารถค้นหาขอบเขตของความคล้ายคลึงกันที่สามารถวาดให้กับระบบชีวภาพได้

“เราตั้งเป้าที่จะถามคำถามที่อาจทำให้เราได้มองวัสดุไม่มีชีวิตในมุมมองที่ใหม่”

ระบบสามารถทำได้มากกว่าการเดินเท่านั้น มันสามารถ “รู้จำ” และตอบสนองต่อความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงที่สอดคล้องกับการเคลือบสีของมัน ดังนั้น วัสดุจึงกลายเป็นหุ่นยนต์แบบอ่อนที่สามารถควบคุมระยะไกลได้ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์

“ฉันคิดว่ามีหลายด้านที่น่าสนใจในเรื่องนี้ หุ่นยนต์เครือข่ายคริสตัลเหลวที่ควบคุมระยะไกลนี้มีลักษณะคล้ายกับกล้ามเนื้อเทียมเล็กๆ” ปริมาギกล่าว “ฉันหวังและเชื่อว่ามีหลายวิธีที่พวกเขาสามารถช่วยเหลือในด้านชีวการแพทย์ และในด้านอื่นๆ เช่น โฟโตนิกส์ในอนาคต”