Дослідники навчають пластик ходити під світлом

Дослідники у Фінляндії зараз працюють над розробкою та “навчанням” пластикових виробів виконувати команди під світлом. Це перший випадок, коли синтетичний актуатор, в даному випадку термопластичний,能够 “навчитися” виконувати нову дію, в даному випадку ходити, на основі попередніх досвідів і не комп’ютерної програми.

Пластикові вироби в цьому проекті виготовлені з термореспонсивної рідкої кристалічної полімерної мережі та шару фарби. Вони є м’якими актуаторами, які можуть перетворювати енергію у механічний рух. Спочатку актуатор міг реагувати лише на тепло, але зараз це змінюється, оскільки світло можна асоціювати з теплом. Через це пластик може реагувати на світло. Актуатор є досить гнучким і згинається подібно до того, як людина згинає свій вказівний палець. Коли на актуатор проєктується світло і він нагрівається, він “ходить” подібно до гусені, і рухається зі швидкістю 1 мм/с, тобто з такою ж швидкістю, як равлик.

Аррі Пріімагі є старшим автором університету Тампере.

“Наше дослідження по суті ставить питання, чи може неодушевлена речовина якимось чином навчитися в дуже простому сенсі”, – говорить він. “Мій колега, професор Оллі Іккала з університету Аалто, поставив питання: чи можуть матеріали навчитися, і що це означає, якщо матеріали будуть навчені? Потім ми об’єдналися в цьому дослідженні, щоб створити роботів, які якимось чином навчилися нових трюків”.

Іншими членами дослідницької групи є постдокторанти Хао Цзен з університету Тампере та Хан Чжан з університету Аалто.

Є також процес умовування, який асоціює світло з теплом, і він включає дозвіл фарбі на поверхні розсіятися по всьому актуатору, який стає синім. Загальне поглинання світла збільшується, і фототермічний ефект також збільшується. Температура актуатора також підвищується, і він згинається під час опромінення.

За словами Пріімагі, команда була натхнена іншим відомим експериментом.

“Цей дослід, який ми проводили, був натхненний експериментом Павлова з собакою”, – говорить Пріімагі.

У тому знаменитому експерименті собака слиняла у відповідь на бачення їжі, і Павлов потім дзвонив у дзвіночок перед тим, як давати собаці їжу. Це повторювалося кілька разів, і собака врешті-решт асоціювала їжу з дзвіночком і почала слиняти, як тільки чула дзвіночок.

“Якщо ви подумаєте про нашу систему, тепло відповідає їжі, а світло відповідає дзвіночкові в експерименті Павлова”.

“Багато хто скаже, що ми занадто далеко розтягнули цю аналогію”, – говорить Пріімагі. “У певному сенсі ці люди праві, оскільки порівняно з біологічними системами матеріал, який ми вивчали, дуже простий і обмежений. Але під правильними обставинами аналогія тримається”.

Команда тепер збільшить складність і керованність систем, і це допоможе знайти певні межі аналогій, які можна провести з біологічними системами.

“Ми ставимо питання, які, можливо, дозволять нам дивитися на неодушевлені матеріали в новому світлі”.

Системи можуть робити більше, ніж просто ходити. Вони можуть “розпізнавати” і реагувати на різні довжини хвиль світла, які відповідають покриттю їхньої фарби. Через це матеріал стає налаштовуваним м’яким мікророботом, який здатний бути дистанційно керованим, що дуже корисно для біомедичних застосунків.

“Я думаю, що там є багато крутих аспектів. Ці дистанційно керовані рідкі кристалічні мережі поводяться подібно до малих штучних м’язів”, – говорить Пріімагі. “Я сподіваюсь і вірю, що є багато способів, якими вони можуть принести користь біомедичному полю, серед інших полів, таких як фотоніка, в майбутньому”.