Onderzoekers van de Tufts University School of Engineering hebben magnetische elastomere composieten ontwikkeld die op verschillende manieren bewegen wanneer ze worden blootgesteld aan licht, de mogelijkheid vergroten dat deze materialen een breed scala aan producten mogelijk maken die eenvoudige tot complexe bewegingen uitvoeren, van kleine motoren en kleppen tot zonnepanelen die naar het zonlicht buigen. Het onderzoek wordt beschreven in een artikel dat vandaag is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

In de biologie, er zijn veel voorbeelden waarbij licht beweging of verandering teweegbrengt - denk aan bloemen en bladeren die naar zonlicht draaien. De door licht geactiveerde materialen die in dit onderzoek zijn gemaakt, zijn gebaseerd op het principe van de Curie-temperatuur - de temperatuur waarboven bepaalde materialen hun magnetische eigenschappen zullen veranderen. Door een magnetisch materiaal te verwarmen en af ​​te koelen, men kan zijn magnetisme in- en uitschakelen. Biopolymeren en elastomeren gedoteerd met ferromagnetisch CrO2 zullen opwarmen bij blootstelling aan laser of zonlicht, tijdelijk hun magnetische eigenschappen verliezen totdat ze weer afkoelen. De basisbewegingen van het materiaal, gevormd tot films, sponzen, en hydrogels, worden geïnduceerd door nabijgelegen permanente of elektromagneten en kunnen buigen, draaien, en uitbreiding.

"We zouden deze eenvoudige bewegingen kunnen combineren tot complexere bewegingen, zoals kruipen, wandelen, of zwemmen, " zei Fiorenzo Omenetto, doctoraat, corresponderende auteur van de studie en de Frank C. Doble Professor of Engineering aan de School of Engineering in Tufts. "En deze bewegingen kunnen draadloos worden geactiveerd en gecontroleerd, licht gebruiken."

Omenetto's team demonstreerde enkele van deze complexe bewegingen door zachte grijpers te bouwen die objecten vangen en loslaten als reactie op lichtverlichting. "Een van de voordelen van deze materialen is dat we delen van een structuur selectief kunnen activeren en controleren met gelokaliseerd of gefocust licht, " zei Meng Li, de eerste auteur van het artikel, "En in tegenstelling tot andere door licht geactiveerde materialen op basis van vloeibare kristallen, deze materialen kunnen worden gevormd om ofwel naar, of weg van de richting van het licht. Al deze functies dragen bij aan de mogelijkheid om objecten groot en klein te maken met complexe, gecoördineerde bewegingen."

Om deze veelzijdigheid aan te tonen, de onderzoekers construeerden een eenvoudige "Curie-engine". Een door licht geactiveerde film werd tot een ring gevormd en op een naaldstift gemonteerd. Geplaatst in de buurt van een permanente magneet, wanneer een laser op een vaste plek op de ring werd gericht, het demagnetiseert plaatselijk dat deel van de ring, het creëren van een ongebalanceerde netto kracht die ervoor zorgt dat de ring draait. Zoals het draait, de gedemagnetiseerde plek herwint zijn magnetisatie en een nieuwe plek wordt verlicht en gedemagnetiseerd, waardoor de motor continu draait.

Materialen die worden gebruikt om de door licht geactiveerde materialen te maken, zijn onder meer polydimethylsoloxaan (PDMS), dat is een veelgebruikt transparant elastomeer dat vaak wordt gevormd tot flexibele films, en zijde fibroïne, dat een veelzijdig biocompatibel materiaal is met uitstekende optische eigenschappen dat in een breed scala aan vormen kan worden gevormd - van films tot gels, draden, blokken en sponzen.

"Met extra materiaalpatroon, lichtpatronen en magnetische veldcontrole, we zouden in theorie nog ingewikkelder en nauwkeuriger bewegingen kunnen maken, zoals vouwen en ontvouwen, microfluïdische klepomschakeling, micro- en nanomotoren en meer, ' zei Omenetto.