Wetenschappers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) en de Universiteit van Tokyo hebben een film ontwikkeld die autonoom opkrult en rechttrekt bij blootstelling aan kleine, nauwelijks meetbare veranderingen in de luchtvochtigheid. Bij bestraling met ultraviolet licht, die veranderingen veroorzaakt in het vermogen van de film om water te absorberen en te desorberen, het kan zelfs in de lucht "springen".

Volgens Daigo Miyajima van CEMS, "Onze studie begon met een toevallige bevinding. Toen we een verbinding genaamd guanidiniumcarbonaat in een oven op hoge temperatuur plaatsten, we ontdekten dat het niet alleen een poederachtige substantie vormde - zoals gebruikelijk in vergelijkbare processen - maar ook een geelachtige film die aan het oppervlak van het substraat bleef plakken. De film was een koolstofnitrietpolymeer samengesteld uit gestapelde polymeren van heptazine die evenwijdig aan het oppervlak van het substraat waren georiënteerd."

De verrassing kwam toen het team deze ongewone film begon te analyseren. Ze waren in staat om het van het substraat te verwijderen door het in warm water te weken, en ontdekte dat het ondanks zijn taaiheid extreem licht was. Wat ze eerst niet konden verklaren, was dat bij omgevingscondities, het materiaal zou plotseling buigen en dan weer recht komen te staan, zonder enige duidelijke externe prikkel.

De groep deed een aantal experimenten om te bepalen waarom dit gebeurde, en ontdekte dat de sleutel klein was, in wezen niet-detecteerbare veranderingen in de luchtvochtigheid. Ze vonden, bijvoorbeeld, dat het verplaatsen van een druppel water in de buurt van de film ervoor zou zorgen dat deze recht zou worden, maar dat dit niet gebeurde toen ze ervoor zorgden dat er geen luchtbeweging in de doos was. Ze wogen de film toen hij uitgerekt en opgerold was, en vond een kleine afname - van slechts 680 nanogram per 10 vierkante millimeter - in de opgerolde configuratie. Ze concludeerden dat het water op één oppervlak desorbeerde en dat de bindingen tussen de watermoleculen en het polymeer mechanische spanning veroorzaakten die de vorm van de film veranderde. De verandering gebeurde extreem snel - het duurde slechts 50 milliseconden toen de film werd blootgesteld aan ultraviolet licht.

De motie was ook krachtig. Toen de film op een plat oppervlak werd geplaatst en opkrulde, het kon letterlijk tot een hoogte van een centimeter springen, een hoogte 10, 000 keer de dikte van de film. Het was ook duurzaam:in één experiment bestraalden ze de film herhaaldelijk met ultraviolet licht, het boog en rechtte meer dan 10, 000 keer zonder merkbare verslechtering.

In een laatste experiment, de onderzoekers bedekten de ene helft van de film met dun goud, om de absorptie en desorptie van water te stoppen, en vervolgens onderworpen aan herhaald krullen en rechttrekken. De film zou echt over een oppervlak kunnen lopen, zichzelf voortslepend terwijl de helft van de film zich boog en ontspande.

Volgens Takuzo Aida, leider van de Emergent Soft Matter Function Research Group bij CEMS en een professor aan de Universiteit van Tokyo, "Zoals een mechanisch horloge profiteert van de natuurlijke bewegingen van de pols om energie te winnen, deze film vangt kleine schommelingen in de luchtvochtigheid op en zet deze om in mechanische energie. Dit type apparaat zal nuttig zijn voor het creëren van een duurzame samenleving."

Het onderzoek is op 18 juli gepubliceerd in Natuurmaterialen .