Onderzoekers in Finland "trainen" stukjes plastic om onder het bevel van licht te lopen. De ontwikkelde methode, gepubliceerd op 4 december in het tijdschrift Materie , is de eerste keer dat een synthetische actuator "leert" om nieuwe "trucs" te doen op basis van zijn ervaringen uit het verleden, zonder computerprogrammering.

Deze kunststoffen, gemaakt van thermo-responsieve vloeibaar-kristalpolymeernetwerken en een laag kleurstof, zijn zachte actuatoren die energie kunnen omzetten in mechanische beweging. aanvankelijk, de aandrijving reageert alleen op warmte, maar door licht te associëren met warmte, het leert te reageren op licht. In antwoord, de actuator buigt zich op dezelfde manier als een mens zijn wijsvinger krult. Door de actuator periodiek te bestralen, het "loopt" als een inchworm met een snelheid van 1 mm/s, ongeveer hetzelfde tempo als een slak.

"Ons onderzoek stelt in wezen de vraag of levenloos materiaal op de een of andere manier kan leren in een zeer simplistische zin, " zegt senior auteur Arri Priimägi, van de Universiteit van Tampere. "Mijn collega, Professor Olli Ikkala van de Universiteit van Aalto, stelde de vraag:kunnen materialen leren, en wat betekent het als materialen zouden leren? Vervolgens hebben we onze krachten gebundeld in dit onderzoek om robots te maken die op de een of andere manier nieuwe trucjes zouden leren." Het onderzoeksteam omvat ook postdoctoraal onderzoekers Hao Zeng, Universiteit van Tampere, en Hang Zhang, Aalto-universiteit.

Het conditioneringsproces, die licht associeert met warmte, laat de kleurstof op het oppervlak door de actuator diffunderen, het blauw maken. Het fenomeen verhoogt de algehele lichtabsorptie, wat het fotothermische effect versterkt en de temperatuur van de actuator verhoogt. Het "leert" dan te buigen bij bestraling.

"Deze studie die we deden was geïnspireerd door het hondenexperiment van Pavlov, " zegt Priimägi. In het experiment, een hond kwijlt als reactie op het zien van voedsel. Pavlov belde toen aan voordat hij de hondenvoer gaf. Na een paar herhalingen, de hond associeerde eten met de bel en begon te kwijlen bij het horen van de bel. "Als je nadenkt over ons systeem, warmte komt overeen met het voedsel, en het licht zou overeenkomen met de bel in het experiment van Pavlov."

"Velen zullen zeggen dat we deze analogie te ver doordrijven, ", zegt Priimägi. "In zekere zin, die mensen hebben gelijk, want vergeleken met biologische systemen, het materiaal dat we hebben bestudeerd is heel eenvoudig en beperkt. Maar onder de juiste omstandigheden, de analogie geldt." De volgende stap voor het team is het verhogen van het niveau van complexiteit en beheersbaarheid van de systemen, om de grenzen te vinden van de analogieën die aan biologische systemen kunnen worden getrokken. "We willen vragen stellen die ons misschien in staat stellen om levenloze materialen vanuit een nieuw licht te bekijken."

Maar naast wandelen, de systemen kunnen ook verschillende golflengten van licht "herkennen" en erop reageren die overeenkomen met de coating van de kleurstof. Deze eigenschap maakt het materiaal tot een afstembare zachte micro-robot die op afstand kan worden bestuurd, een ideaal materiaal voor biomedische toepassingen.

"Ik denk dat er veel coole aspecten zijn. Deze op afstand bestuurde vloeibaar-kristalnetwerken gedragen zich als kleine kunstmatige spieren, ", zegt Priimägi. "Ik hoop en geloof dat er veel manieren zijn waarop ze het biomedische veld ten goede kunnen komen, onder andere op het gebied van fotonica, in de toekomst."