Artifi autopropulsat, infinit programabil | Eurek alertă!

imagine: Microstructurile dintr-un microarray aranjat radial, așa cum se vede aici, pot efectua valuri complexe de călătorie de posturi care interacționează local.
vedere la care se adauga

Credit: Joanna Aizenberg/Harvard SEAS

De ani de zile, oamenii de știință au încercat să creeze mici cili artificiali pentru sisteme robotizate în miniatură care pot efectua mișcări complexe, cum ar fi îndoirea, răsucirea și inversarea. Construirea acestor microstructuri mai mici decât părul uman necesită de obicei procese de fabricație în mai multe etape și stimuli variabili pentru a crea mișcări complexe, limitând aplicațiile lor la scară largă.

Acum, cercetătorii de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) au dezvoltat o microstructură cu un singur material, cu un singur stimul, care poate depăși chiar și cilii vii. Aceste structuri programabile la scară micrometrică ar putea fi utilizate pentru o varietate de aplicații, inclusiv robotică soft, dispozitive medicale biocompatibile și chiar criptarea dinamică a informațiilor.

Cercetarea este publicată în Natură.

„Inovațiile în materialele adaptative autoreglabile care sunt capabile de un set divers de mișcări programate reprezintă un domeniu foarte activ, unul care este abordat de echipe interdisciplinare de oameni de știință și ingineri”, a spus Joanna Aizenberg, profesor de știința materialelor Amy Smith Berylson. si tehnologie.. Profesor de chimie și biologie chimică la SEAS și autor principal al articolului. „Progresele realizate în acest domeniu pot afecta semnificativ modul în care proiectăm materiale și dispozitive pentru o varietate de aplicații, inclusiv robotică, medicină și tehnologia informației”.

Spre deosebire de cercetările anterioare, care s-au bazat în principal pe materiale complexe, cu mai multe componente pentru a realiza o mișcare programabilă a elementelor structurale reconfigurabile, Aizenberg și echipa sa au proiectat un bont de microstructură realizat dintr-un singur material: un elastomer cu cristale lichide fotoreactive. Datorită modului în care blocurile de construcție fundamentale ale elastomerului cu cristale lichide se aliniază, atunci când lumina lovește microstructura, acele blocuri de construcție se realinează și structura își schimbă forma.

Când are loc această schimbare de formă, se întâmplă două lucruri. În primul rând, punctul în care lumina lovește devine transparent, permițând luminii să pătrundă mai mult în material și să provoace o deformare suplimentară. În al doilea rând, pe măsură ce materialul se deformează și forma se mișcă, un nou punct de pe stâlp este expus la lumină, determinând și acea zonă să își schimbe forma.

Această buclă de feedback conduce microstructura într-un ciclu de mișcare asemănătoare unui lovitură.

„Această buclă de feedback intern și extern ne oferă un material de autoreglare. Odată ce aprindeți lumina, își face toată treaba”, a spus Shucong Li, un student absolvent la Departamentul de Chimie și Biologie Chimică din Harvard și coautor al lucrării.

Când lumina se stinge, materialul revine la forma sa inițială.

Întorsăturile și mișcările specifice ale materialului se schimbă odată cu forma acestuia, făcând aceste structuri simple reconfigurabile și reglabile la infinit. Folosind un model și experimente, cercetătorii au demonstrat mișcările structurilor rotunde, pătrate, în formă de L, în formă de T și în formă de palmier și au prezentat toate celelalte moduri în care materialul poate fi ajustat.

„Arătăm că putem programa coregrafia acestui dans dinamic prin adaptarea unei varietăți de parametri, inclusiv unghiul de iluminare, intensitatea luminii, alinierea moleculară, geometria microstructurii, temperatura și intervalele și durata de iradiere”, a spus Michael M. Lerch, student postdoctoral. . Fellow la Aizenberg Lab și co-primul autor al articolului.

Pentru a adăuga un alt nivel de complexitate și funcționalitate, echipa de cercetare a demonstrat, de asemenea, modul în care acești piloni interacționează între ei ca parte a unei matrice.

„Când acești stâlpi sunt grupați împreună, ei interacționează în moduri foarte complexe, deoarece fiecare pilon care se deformează aruncă o umbră asupra vecinului său, care se schimbă pe parcursul procesului de deformare”, a spus Li. „Programarea modului în care aceste expuneri automate mediate de umbră se schimbă dinamic și interacționează între ele ar putea fi utilă pentru aplicații precum criptarea dinamică a datelor”.

„Spațiul vast de proiectare pentru mișcările individuale și colective este potențial transformator pentru robotica soft, microwalkers, senzori și sisteme robuste de criptare a informațiilor”, a spus Aizenberg.

Co-autori ai articolului au fost James T. Waters, Bolei Deng, Reese S. Martens, Yuxing Yao, Do Yoon Kim, Katia Bertoldi, Alison Grinthal și Anna C. Balazs. A fost susținut parțial de Oficiul de Cercetare al Armatei SUA, cu numărul de grant W911NF-17-1-0351, și de Fundația Națională pentru Știință prin Centrul Universității pentru Cercetarea Materialelor, Știință și Inginerie, de la Harvard, sub premiul DMR-2011754.


Disclaimer: AAAS și Eurek Alert! nu sunt responsabili pentru acuratețea comunicatelor de presă publicate pe EurekAlert! de către instituțiile contribuitoare sau pentru utilizarea oricărei informații prin intermediul sistemului EurekAlert.

Add Comment