Các nhà nghiên cứu đào tạo nhựa để đi dưới ánh sáng

Các nhà nghiên cứu ở Phần Lan hiện đang làm việc trên việc phát triển và “đào tạo” các mảnh nhựa để được điều khiển bởi ánh sáng. Đây là lần đầu tiên một bộ phận tổng hợp, trong trường hợp này là thermoplastic, có thể “học” cách thực hiện một hành động mới, trong trường hợp này là đi, dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ và không phải lập trình máy tính.

Các loại nhựa trong dự án này được làm từ mạng lưới polymer tinh thể lỏng nhiệt và một lớp thuốc nhuộm. Chúng là các bộ phận mềm có thể chuyển đổi năng lượng thành chuyển động cơ học. Bộ phận này ban đầu chỉ có thể phản ứng với nhiệt, nhưng điều đó đang thay đổi vì ánh sáng có thể liên kết với nhiệt. Vì vậy, nhựa có thể phản ứng với ánh sáng. Bộ phận này khá linh hoạt và uốn cong theo cách tương tự như ngón tay trỏ của con người. Khi bộ phận này có ánh sáng chiếu vào và do đó trở nên nóng, nó “đi” tương tự như một con sâu, và nó di chuyển với tốc độ 1 mm/s, hoặc cùng tốc độ với một con ốc.

Arri Priimägi là tác giả chính của Đại học Tampere.

“Nghiên cứu của chúng tôi cơ bản là đặt câu hỏi liệu một vật liệu vô tri có thể học hỏi theo một cách rất đơn giản,” ông nói. “Đồng nghiệp của tôi, Giáo sư Olli Ikkala từ Đại học Aalto, đã đặt câu hỏi: Liệu vật liệu có thể học hỏi, và điều đó có nghĩa là gì nếu vật liệu học hỏi? Chúng tôi sau đó đã hợp tác trong nghiên cứu này để tạo ra các robot có thể học hỏi các thủ thuật mới.”

Các thành viên khác của nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Hao Zeng, Đại học Tampere, và Hang Zhang, Đại học Aalto.

Có một quá trình điều hòa liên kết ánh sáng với nhiệt, và nó liên quan đến việc cho phép thuốc nhuộm trên bề mặt khuếch tán throughout bộ phận, điều này làm cho nó trở nên xanh. Sự hấp thụ ánh sáng tổng thể tăng lên, và hiệu ứng nhiệt ánh sáng cũng tăng lên. Nhiệt độ của bộ phận cũng tăng lên, và nó sau đó uốn cong khi bị chiếu sáng.

Theo Priimägi, nhóm đã được truyền cảm hứng từ một thí nghiệm nổi tiếng khác.

“Nghiên cứu mà chúng tôi đã thực hiện được truyền cảm hứng từ thí nghiệm của con chó Pavlov,” Priimägi nói.

Trong thí nghiệm nổi tiếng đó, một con chó chảy nước miếng khi nhìn thấy thức ăn, và Pavlov sau đó rung chuông trước khi cho con chó ăn. Điều này được lặp lại một vài lần, và con chó cuối cùng đã liên kết thức ăn với chuông và bắt đầu chảy nước miếng khi nghe thấy chuông.

“Nếu bạn nghĩ về hệ thống của chúng tôi, nhiệt tương ứng với thức ăn, và ánh sáng sẽ tương ứng với chuông trong thí nghiệm của Pavlov.”

“Nhiều người sẽ nói rằng chúng tôi đang đẩy tương tự này quá xa,” Priimägi nói. “Trong một số ý nghĩa, những người đó là đúng vì so với các hệ thống sinh học, vật liệu chúng tôi nghiên cứu rất đơn giản và hạn chế. Nhưng trong đúng hoàn cảnh, tương tự vẫn giữ nguyên.”

Nhóm sẽ tăng độ phức tạp và khả năng kiểm soát của hệ thống, và điều này sẽ giúp tìm ra một số giới hạn của các tương tự có thể được rút ra từ các hệ thống sinh học.

“Chúng tôi nhằm đặt ra các câu hỏi có thể cho phép chúng tôi nhìn vào các vật liệu vô tri từ một góc nhìn mới.”

Hệ thống có thể làm được nhiều hơn là chỉ đi. Chúng có thể “nhận biết” và phản ứng với các bước sóng ánh sáng khác nhau tương ứng với lớp phủ thuốc nhuộm của chúng. Vì vậy, vật liệu trở thành một robot vi mềm có thể điều chỉnh được và có khả năng được điều khiển từ xa, điều này cực kỳ hữu ích cho các ứng dụng sinh học.

“Tôi nghĩ có rất nhiều khía cạnh thú vị ở đó. Các mạng lưới tinh thể lỏng điều khiển từ xa này hành xử như các cơ bắp nhân tạo nhỏ,” Priimägi nói. “Tôi hy vọng và tin rằng có nhiều cách mà chúng có thể mang lại lợi ích cho lĩnh vực sinh học, cũng như các lĩnh vực khác như photonics, trong tương lai.”