Ligesom Pavlovs hund, denne termoplast lærer et nyt trick:at gå

Forskere i Finland "træner" plastikstykker til at gå under lysets kommando. Metoden udviklet, offentliggjort 4. december i tidsskriftet Stof , er første gang en syntetisk aktuator "lærer" at lave nye "tricks" baseret på sine tidligere erfaringer, uden computerprogrammering.

Disse plastik, lavet af termo-responsive flydende krystal polymer netværk og et lag farvestof, er bløde aktuatorer, der kan omdanne energi til mekanisk bevægelse. I første omgang, aktuatoren reagerer kun på varme, men ved at forbinde lys med varme, den lærer at reagere på lys. Som svar, aktuatoren bøjer sig selv, når et menneske krøller sin pegefinger. Ved at bestråle aktuatoren periodisk, den "går" som en tommeorm med en hastighed på 1 mm/s, omtrent i samme tempo som en snegl.

"Vores forskning stiller grundlæggende spørgsmålet, om et livløst materiale på en eller anden måde kan lære i en meget forenklet forstand, " siger seniorforfatter Arri Priimägi, fra Tampere Universitet. "Min kollega, Professor Olli Ikkala fra Aalto Universitet, stillede spørgsmålet:Kan materialer lære, og hvad betyder det, hvis materialer ville lære? Vi gik derefter sammen i denne forskning for at lave robotter, der på en eller anden måde ville lære nye tricks." Forskerholdet inkluderer også postdoktorale forskere Hao Zeng, Tampere Universitet, og Hang Zhang, Aalto Universitet.

Konditioneringsprocessen, som forbinder lys med varme, tillader farvestoffet på overfladen at diffundere gennem aktuatoren, gør det blåt. Fænomenet øger den samlede lysabsorption, hvilket øger den fototermiske effekt og hæver aktuatorens temperatur. Det "lærer" så at bøje sig ved bestråling.

"Denne undersøgelse, som vi lavede, var inspireret af Pavlovs hundeeksperiment, " siger Priimägi. I eksperimentet, en hund savler som reaktion på at se mad. Pavlov ringede derefter på klokken, inden han gav hunden mad. Efter et par gentagelser, hunden associerede mad med klokken og begyndte at savle efter at have hørt klokken. "Hvis du tænker på vores system, varme svarer til maden, og lyset ville svare til klokken i Pavlovs eksperiment."

"Mange vil sige, at vi skubber denne analogi for langt, " siger Priimägi. "På en vis forstand, disse mennesker har ret, fordi sammenlignet med biologiske systemer, det materiale, vi studerede, er meget enkelt og begrænset. Men under de rette omstændigheder, analogien holder." Det næste skridt for teamet er at øge niveauet af kompleksitet og kontrollerbarhed af systemerne, for at finde grænserne for de analogier, der kan drages til biologiske systemer. "Vi sigter mod at stille spørgsmål, som måske giver os mulighed for at se på livløse materialer fra et nyt lys."

Men udover at gå, systemerne kan også "genkende" og reagere på forskellige bølgelængder af lys, der svarer til belægningen af ​​dets farvestof. Denne egenskab gør materialet til en indstillelig blød mikrorobot, der kan fjernstyres, et ideelt materiale til biomedicinske anvendelser.

"Jeg synes, der er mange fede aspekter der. Disse fjernstyrede flydende krystal-netværk opfører sig som små kunstige muskler, " siger Priimägi. "Jeg håber og tror, ​​at der er mange måder, hvorpå de kan gavne det biomedicinske område, blandt andre områder som fotonik, i fremtiden."