מדענים מפתחים חומרים חדשים שזזים בתגובה לאור

Anonim

חוקרים מבית הספר להנדסה של אוניברסיטת טאפטס פיתחו חומרים מרוכבים אלסטומרים מגנטיים המסתובבים בדרכים שונות כאשר הם נחשפים לאור, דבר המעלה את האפשרות שהחומרים הללו יכולים לאפשר מגוון רחב של מוצרים המבצעים תנועה פשוטה לתנועות מורכבות, ממנועים זעירים ושסתומים לערכים סולאריים כי להתכופף לעבר אור השמש. המחקר מתואר במאמר שפורסם היום בהליכים של האקדמיה הלאומית למדעים.

בביולוגיה, ישנן דוגמאות רבות שבהן האור גורם לתנועה או לשינוי - לחשוב על פרחים ועלים הפונים לעבר אור השמש. אור actuated חומרים שנוצרו במחקר זה מבוססים על העיקרון של טמפרטורת Curie - הטמפרטורה לעיל חומרים מסוימים ישנה את התכונות המגנטיות שלהם. על ידי חימום וקירור חומר מגנטי, אפשר להפוך את המגנטיות שלה הלאה. ביופולימרים ואלסטומטים מסוממים עם CRO2 פרומגנטי יהיה לחמם כאשר נחשף לייזר או אור שמש, לאבד באופן זמני את התכונות המגנטיות שלהם עד שהם להתקרר שוב. התנועות הבסיסיות של החומר, בצורת סרטים, ספוגים, ו הידרוגלים, הם המושרה על ידי קבוע או אלקטרומגנטים בקרבת מקום יכול להציג כמו כיפוף, פיתול, והרחבה.

"אנחנו יכולים לשלב את התנועות הפשוטות האלה לתנועה מורכבת יותר, כמו זחילה, הליכה או שחייה", אמר פיורנצו אומנטו, דוקטור מקביל למחקר ופרופסור להנדסה בבית הספר להנדסה באוניברסיטת פרנק ד ' טאפטס. "ותנועות אלו יכולות להיות מופעלות ונשלטות באופן אלחוטי, תוך שימוש באור".

צוות של אומנטו הפגינו חלק מהתנועות המורכבות הללו על ידי בניית grippers רך כי ללכוד ולשחרר חפצים בתגובה תאורה אור. "אחד היתרונות של חומרים אלה הוא שאנחנו יכולים להפעיל באופן סלקטיבי חלקים של מבנה ולשלוט בהם באמצעות אור מקומי או ממוקד", אמר מנג לי, המחבר הראשון של המאמר, "ובניגוד חומרים אחרים actuated מבוסס על גבי גבישים נוזלי, חומרים אלה יכולים להיות מעוצבים כדי לנוע לעבר או, או הרחק מן האור.כל התכונות הללו להוסיף עד היכולת לעשות חפצים גדולים וקטנים עם תנועות מורכבות ומתואמות.

כדי להדגים את הרבגוניות, החוקרים בנו "מנוע קורי" פשוט. סרט אור actuated היה בצורת טבעת רכוב על מחט לכתוב. ממוקם ליד מגנט קבוע, כאשר לייזר היה ממוקד על נקודה קבועה על הטבעת, זה demagnetizes מקומי זה חלק של הטבעת, יצירת כוח נטו לא מאוזן שגורם הטבעת להסתובב. כפי שהוא מסתובב, במקום demagnetized חוזרת מגנטיזציה שלה נקודה חדשה מוארת demagnetized, גורם המנוע לסובב ברציפות.

חומרים המשמשים ליצירת חומרים אור actuated כוללים polydimethylsoloxane (PDMS), אשר אלסטומר שקוף בשימוש נרחב מעוצב לעתים קרובות לתוך סרטים גמישים, fibroin משי, שהוא חומר biocompatible צדדי עם תכונות אופטיות מעולה שניתן לעצב למגוון רחב של צורות - מסרטים לג'לים, חוטים, בלוקים וספוגים.

"עם דפוסים נוספים חומר, דפוס אור ושליטה בתחום מגנטי, נוכל באופן תיאורטי להשיג אפילו יותר מסובך ומכוונן תנועות, כגון קיפול ופרש, מיתוג שסתום microfluidic, מיקרו ננו בגודל מנועי ועוד", אמר אומנטו.

menu
menu