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

Các nhà nghiên cứu ở Phần Lan hiện đang nghiên cứu phát triển và “huấn luyện” các mảnh nhựa để điều khiển bằng ánh sáng. Đây là lần đầu tiên một bộ truyền động tổng hợp, trong trường hợp này là nhựa nhiệt dẻo, có thể “học” cách thực hiện một hành động mới, trong trường hợp này là đi bộ, dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ chứ không phải lập trình máy tính.

Chất dẻo trong dự án này được làm từ mạng polyme tinh thể lỏng phản ứng nhiệt và một lớp phủ thuốc nhuộm. Chúng là những bộ truyền động mềm có khả năng chuyển đổi năng lượng thành chuyển động cơ học. Ban đầu, bộ truyền động chỉ có thể phản ứng với nhiệt, nhưng điều đó đang thay đổi vì ánh sáng có thể liên quan đến nhiệt. Do đó, nhựa có thể phản ứng với ánh sáng. Bộ truyền động hơi linh hoạt và tự uốn cong theo cách tương tự như cách con người uốn cong ngón tay trỏ. Khi thiết bị truyền động có ánh sáng chiếu vào nó và do đó trở nên nóng lên, nó “đi” tương tự như một con sâu đo và nó di chuyển với tốc độ 1 mm/s, hay tốc độ tương tự như tốc độ của một con ốc sên. 

Arri Priimägi là tác giả cao cấp của Đại học Tampere.

“Nghiên cứu của chúng tôi về cơ bản là đặt câu hỏi liệu một vật liệu vô tri vô giác bằng cách nào đó có thể học theo một nghĩa rất đơn giản hay không,” ông nói. “Đồng nghiệp của tôi, Giáo sư Olli Ikkala từ Đại học Aalto, đã đặt ra câu hỏi: Vật liệu có thể học được không, và nếu vật liệu học được thì có nghĩa là gì? Sau đó, chúng tôi đã hợp lực trong nghiên cứu này để tạo ra những con rô-bốt bằng cách nào đó sẽ học được những mánh khóe 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. 

Ngoài ra còn có một quy trình điều hòa liên kết ánh sáng với nhiệt và quy trình này liên quan đến việc cho phép chất nhuộm trên bề mặt khuếch tán khắp bộ truyền động, khiến nó chuyển sang màu xanh lam. Sự hấp thụ ánh sáng tổng thể được tăng lên và hiệu ứng quang nhiệt cũng được tăng lên. Nhiệt độ của bộ truyền động cũng tăng lên, và sau đó nó bị uốn cong khi chiếu xạ. 

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

Priimägi nói: “Nghiên cứu này mà chúng tôi thực hiện được lấy cảm hứng từ thí nghiệm trên chó của Pavlov.

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 chó ăn. Điều này được lặp đi lặp lại một vài lần, và cuối cùng con chó liên tưởng thức ăn với tiếng chuông và bắt đầu tiết nước bọt khi nghe thấy tiếng chuông. 

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

Priimägi nói: “Nhiều người sẽ nói rằng chúng tôi đang đẩy phép loại suy này đi quá xa. “Ở một khía cạnh nào đó, những người đó đúng vì so với các hệ thống sinh học, vật liệu mà chúng tôi nghiên cứu rất đơn giản và hạn chế. Nhưng trong những trường hợp thích hợp, phép loại suy vẫn đúng.”

Giờ đây, nhóm sẽ tăng tính phức tạp và khả năng kiểm soát của các hệ thống, và điều này sẽ giúp tìm ra các giới hạn nhất định của phép loại suy có thể rút ra từ các hệ thống sinh học. 

“Chúng tôi đặt mục tiêu đặt ra những câu hỏi có thể cho phép chúng tôi xem xét các vật liệu vô tri vô giác từ một ánh sáng mới.”

Các hệ thống có thể làm nhiều hơn là chỉ đi bộ. Chúng có thể “nhận biết” và phản ứng với các bước sóng ánh sáng khác nhau tương ứng với lớp phủ thuốc nhuộm của nó. Do đó, vật liệu này trở thành một robot siêu nhỏ mềm có thể điều chỉnh được, có khả năng được điều khiển từ xa, cực kỳ hữu ích cho các ứng dụng y sinh. 

“Tôi nghĩ có rất nhiều khía cạnh thú vị ở đó. Priimägi cho biết các mạng lưới tinh thể lỏng được điều khiển từ xa này hoạt động giống như các cơ nhân tạo nhỏ. “Tôi hy vọng và tin rằng có nhiều cách mà chúng có thể mang lại lợi ích cho lĩnh vực y sinh, trong số các lĩnh vực khác như lượng tử ánh sáng, trong tương lai.”