Магия солнца: как свет превращает материал в живое существо

Учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) создали новый вид мягкого материала, способного изменять свою форму под воздействием света. Открытие может стать прорывом в разработке «мягких машин» для различных областей, включая робототехнику и медицину.

Исследователи разработали материал под названием жидкокристаллический эластомер (Liquid Crystal Elastomer, LCE), который получается путём интеграции жидких кристаллов в молекулярную структуру растяжимого материала. Добавление наностержней золота к LCE позволило создать фоточувствительные чернила и 3D-печатные структуры, которые могут изгибаться, ползать и перемещаться под действием лазера, вызывающего локализованное нагревание материала.

Специалисты продемонстрировали разнообразные объекты, реагирующие на свет, включая цилиндры, способные катиться, асимметричные «ползуны» и решётчатые структуры, колеблющиеся под воздействием света.

Изменение формы объекта под воздействием лазера

Ученые отмечают, что новый материал может быть использован для создания мягких роботов, способных ползать, плавать или летать и исследовать места, недоступные или опасные для человека, такие как пещеры или космос. Кроме того, мягкие машины могут найти применение в медицине, например, в имплантатах, адаптирующихся к движениям тела, или в протезировании.

Движение материала LCE обусловлено процессом «фототермического срабатывания» (photothermal actuation), который преобразует световую энергию в тепловую, вызывая механическую реакцию материала. Такой процесс позволяет напечатанным структурам демонстрировать динамичные и обратимые движения в ответ на внешние стимулы.

Использование компьютерного зрения и фототермического срабатывания дало возможность контролировать движение мягких машин, показывая потенциал для развития продвинутых систем управления в области мягкой робототехники.

Однако перед практическим применением материала необходимо преодолеть ряд вызовов, в том числе создание структур, способных к предсказуемому движению. Исследователи намерены продолжить работу над моделями, описывающими сложное движение, разработкой новых материалов и технологий производства для создания более надёжных и эффективных мягких машин.

Команда также рассматривает возможность реагирования на различные стимулы, включая влажность и поглощение энергии, а также условия, с которыми материал может столкнуться в космосе. Ученые также планируют начать новую стратегическую инициативу в лаборатории, сосредоточенную на автономных материалах, стремясь к созданию самообучающихся и взаимодействующих материалов.