Vandrende krystaller kan føre til et nyt felt inden for krystalrobotik

Forskere har påvist, at bittesmå krystaller i mikrometer-som næsten ikke er synlige for det menneskelige øje-kan "gå" tommerorm-stil på tværs af objektglas af et mikroskop. Andre krystaller er i stand til forskellige bevægelsesmåder, såsom rullende, vende, bøjning, vridning, og hopper. I fremtiden, disse bevægelige krystaller kan åbne dørene til udviklingen af ​​krystalbaserede robotter.

Forskerne, ledet af Hideko Koshima ved Waseda University i Tokyo, Japan, har udgivet et papir om gående og rullende krystaller i et nyligt nummer af Naturkommunikation .

"Vi tror på, at denne opdagelse åbner dørene til et nyt felt inden for krystalrobotik, "Koshima fortalte Phys.org." I øjeblikket robotter lavet af metaller er stive og tunge, hvilket gør dem uegnede til daglig interaktion med mennesker. Vores mål er at lave symbiotiske bløde robotter ved hjælp af mekaniske krystaller. "

I deres arbejde, forskerne undersøgte asymmetriske krystaller afledt af chiralt azobensen. I eksperimenter, de viste, at udsættelse af krystallerne for vekslende varme og kolde temperaturer (skifter mellem 120° og 160° C i løbet af ca. 2 minutter) forårsager ændringer i krystallernes former.

Afhængigt af deres dimensioner, nogle af krystallerne bøjer og retter sig gentagne gange. Over gentagne opvarmnings- og afkølingscyklusser, disse formændringer oversætter til den mekaniske bevægelse af inchworm-lignende gang.

Krystaller med andre dimensioner udviser bøjning og vending under temperaturændringer. I eksperimenter, gentagne opvarmnings- og afkølingscyklusser fik disse krystaller til hurtigt at rulle hen over en overflade, opnår hastigheder på 16 mm/sekund. Dette var cirka 20, 000 gange hurtigere end de gående krystaller, som kravlede med kun 3 mm/timen.

Som forskerne forklarer, de asymmetriske former af krystallerne er drivkraften for begge typer bevægelser. I særdeleshed, gangkrystallerne har en tykkelsesgradient, mens de rullende krystaller har en breddegradient. Begge krystalvarianter oplever en faseovergang ved en kritisk temperatur, og på grund af asymmetrien, dette resulterer i en formændring, der er mere udtalt i den ene ende af krystallen end i den anden.

Sammen med tidligere forskning, der har demonstreret krystalbevægelse i andre typer krystaller, de nye resultater tyder på, at krystaller ser ud til at være lovende kandidater til robotik. Generelt, materialer, der reagerer på ydre stimuli, såsom temperaturændringer, have potentielle applikationer som sensorer, afbrydere, og på en lang række andre områder.

© 2018 Phys.org