芬兰的研究人员正在“训练”塑料碎片在光的指挥下行走。该方法已于12月4日发表在《科学》杂志上事这是第一次合成执行器在没有计算机编程的情况下,根据过去的经验“学习”出新的“把戏”。
这些塑料由热敏液晶聚合物网络和一层染料制成,是一种软致动器,可以将能量转化为机械运动。最初,执行器只响应热,但通过将光与热联系起来,它学会了对光做出响应。作为回应,驱动器会像人类弯曲食指一样弯曲自己。通过定期照射致动器,它可以像尺蠖一样以1毫米/秒的速度“行走”,与蜗牛的速度大致相同。
坦佩雷大学的资深作者Arri Priimägi (@APriimagi)说:“我们的研究本质上是在问一个问题,即无生命的物质是否能以一种非常简单的方式学习。”“我的同事,来自阿尔托大学的Olli Ikkala教授提出了这样一个问题:材料能学习吗?如果材料能学习,这意味着什么?”然后,我们在这项研究中联合起来,使机器人能够以某种方式学习新技巧。”研究团队还包括坦佩雷大学的博士后曾浩和阿尔托大学的张航。
调节过程将光与热结合在一起,使表面的染料扩散到整个致动器,使其变成蓝色。这种现象增加了整体的光吸收,从而增强了光热效应,提高了执行器的温度。然后它“学会”在照射下弯曲。
Priimägi说:“我们所做的这项研究的灵感来自巴甫洛夫的狗实验。”在实验中,狗看到食物时会分泌唾液。巴甫洛夫在给狗喂食之前按了铃。重复几次后,狗把食物和铃声联系起来,一听到铃声就开始流口水。“如果你考虑一下我们的系统,热量对应于食物,光对应于巴甫洛夫实验中的钟。”
“很多人会说我们把这个类比做得太过分了,”Priimägi说。“从某种意义上说,这些人是对的,因为与生物系统相比,我们研究的材料非常简单和有限。但在适当的情况下,这个类比是成立的。”该团队的下一步是提高系统的复杂性和可控性水平,以便找到可用于生物系统的类比的极限。“我们的目标是提出一些问题,这些问题可能会让我们从新的角度看待无生命的材料。”
但除了行走之外,该系统还可以“识别”并响应与染料涂层相对应的不同波长的光。这一特性使该材料成为一种可调的软微型机器人,可以远程控制,是生物医学应用的理想材料。
“我认为它有很多很酷的方面。这些远程控制的液晶网络就像小的人造肌肉,”Priimägi说。“我希望并相信,未来有很多方法可以使它们在生物医学领域,以及光子学等其他领域受益。”
故事来源:
提供的材料细胞出版社.注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
引用此页: