Изследователите във Финландия "обучават" парчета пластмаса да ходят под командата на светлината. Разработеният метод, публикуван на 4 декември в списание Matter, е първият път, когато синтетичен задвижващ механизъм „се научава“ да прави нови „трикове“ въз основа на миналия си опит, без компютърно програмиране.

павлов

Тези пластмаси, изработени от термореактивни течнокристални полимерни мрежи и слой боя, са меки задвижващи механизми, които могат да преобразуват енергията в механично движение. Първоначално задвижващият механизъм реагира само на топлина, но свързвайки светлината с топлината, той се научава да реагира на светлината. В отговор задвижващият механизъм се огъва по подобен начин, докато човек свива показалеца си. Чрез периодично облъчване на задвижващия механизъм той „ходи“ като инчов червей със скорост 1 mm/s, приблизително със същото темпо на охлюв.

„Нашето изследване по същество задава въпроса дали един нежив материал по някакъв начин може да се научи в много опростен смисъл“, казва старшият автор Ари Приймаги (@APriimagi), от университета в Тампере. "Моят колега, професор Оли Икала от Университета Аалто, постави въпроса: Могат ли материалите да се учат и какво означава, ако материалите ще се учат? След това обединихме усилията си в това изследване, за да направим роботи, които по някакъв начин ще научат нови трикове." Изследователският екип включва също изследователи докторанти Hao Zeng, Университета в Тампере и Hang Zhang, Университета Aalto.

Процесът на кондициониране, който свързва светлината с топлина, позволява на багрилото на повърхността да се разпръсне през задвижването, превръщайки го в синьо. Явлението увеличава общото поглъщане на светлина, което засилва фототермичния ефект и повишава температурата на задвижващия механизъм. След това се „научава“ да се огъва при облъчване.

„Това проучване, което направихме, беше вдъхновено от експеримента с кучетата на Павлов“, казва Приймаги. В експеримента куче слюноотделя в отговор на виждането на храна. След това Павлов удари камбаната, преди да даде на кучето храна. След няколко повторения кучето свързва храната със звънеца и започва да слюнка, след като чуе звънеца. "Ако мислите за нашата система, топлината съответства на храната, а светлината ще съответства на камбаната в експеримента на Павлов."

„Мнозина ще кажат, че избутваме тази аналогия твърде далеч“, казва Приймаги. "В някакъв смисъл тези хора са прави, защото в сравнение с биологичните системи материалът, който изучавахме, е много прост и ограничен. Но при правилни обстоятелства аналогията е вярна." Следващата стъпка за екипа е да повиши нивото на сложност и контролируемост на системите, за да намери границите на аналогиите, които могат да се направят към биологичните системи. "Ние се стремим да задаваме въпроси, които може би ни позволяват да разгледаме неживите материали от нова светлина."

Но освен ходене, системите могат да „разпознават“ и да реагират на различни дължини на вълните на светлината, които съответстват на покритието на багрилото му. Тази характеристика прави материала регулируем мек микро-робот, който може да бъде дистанционно управляван, идеален материал за биомедицински приложения.

"Мисля, че има много страхотни аспекти. Тези дистанционно управлявани мрежи с течни кристали се държат като малки изкуствени мускули", казва Приймаги. „Надявам се и вярвам, че има много начини, по които те могат да се възползват от биомедицинското поле, наред с други области като фотоника, в бъдеще.