在光线中自行行走的装置研制成功 | Kent State University

在光线中自行行走的装置研制成功

来自荷兰埃因霍温科技大学和俄亥俄肯特州立大学的科学家们已经开发出一种新的材料,这种材料能在光的影响下产生波动,从而推动自己前进。为了做到这一点,科学家们将这种聚合物材料夹在矩形框架中。当它被照亮时,就可以独自“行走”。这个回形针大小的小装置,是世界上第一个将光能直接转换成动能的机器,而且十分方便简单,只需使用一个固定光源。研究人员包括来自肯特州立大学艺术与科学学院液晶研究所的Robin Selinger教授,他们的研究结果发表在6月29日的科学杂志《自然》上。

        这个装置的行走方式有点像毛毛虫,速度也和毛毛虫速度差不多,大约每秒钟半厘米。在测试中,这个设备可以运载比它自身更大更重的物体,并且可以上坡。研究人员认为未来它可应用于在无法进入的空间里运送小型物体,或者太阳能电池板的自清洁等。

        这种新材料依赖于可以在照明时快速响应的光敏材料来运动,光线照亮时瞬间变形,光线消失时又马上放松。虽然这种材料用人眼看起来透明,但是它完全吸收了研究人员使用的紫光,从而能在它背后产生阴影。

        研究此聚合物的团队由埃因霍温科技大学的Dick Broer教授带领,希望利用这种“自阴影”效果来创造一个连续的波状运动。这个小型装置大约和回形针差不多大,由一个矩形框架和纵向安装的液晶聚合物条带组成,由于框架比条带短,在条带上形成了一个波浪形的峰谷。液晶聚合物条带由光敏材料制成,当紫色的光线照在上面时,被光线照到的峰顶膨胀变形,向下变成了峰谷,而另一端的峰谷则变成峰顶,把整个装置推向前进。如果要向反方向行走,只需把设备倒置过来即可。

       该研究小组利用液晶或液晶显示器,达到了这种材料的特定行为。该原理依赖于在液晶聚合物网络中加入快速响应的光敏变体。研究人员设计了这样一种材料,光线照射和光线消失时的变化被转化为条带的瞬时形变。计算机仿真验证了自跟踪机制,解释了光驱动运动的方向性。

        研究小组发表在在科学杂志《自然》上的论文题目是“在光敏聚合物膜上兴风作浪”(Making Waves in a Photoactive Polymer Film)。整个实证研究工作在埃因霍温科技大学进行,相应的理论模型则在肯特州立大学被开发研究。这项研究是由荷兰研究资助机构、欧洲研究理事会和美国国家科学基金会提供的资助进行的。

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