Созданы материалы, которые движутся в ответ на свет

Исследователи из Школы инжиниринга Университета Тафтса разработали магнитные эластомерные композиты, которые движутся по-разному, когда подвергаются воздействию света. Это повышает возможность того, что с помощью этих материалов можно разработать широкий спектр продуктов, которые выполняют простые и сложные движения, от крошечных двигателей и клапанов до солнечных батарей, которые сгибаются навстречу солнечному свету.

В биологии есть много примеров, когда свет вызывает движение или изменение - вспомните о цветках и листьях, обращенных к солнечному свету. Движимые светом материалы, созданные в этом исследовании, проявляют эффект при достижении температуры Кюри - температуре, выше которой некоторые материалы изменяют свои магнитные свойства. При нагревании и охлаждении магнитного материала можно включить и выключить его магнетизм. Биополимеры и эластомеры, легированные ферромагнитным CrO2, нагреваются при воздействии лазера или солнечного света, временно теряя свои магнитные свойства до тех пор, пока они не остынут снова. Основные движения материала, сформированного в виде пленок, губок и гидрогелей, вызваны соседними постоянными или электромагнитами и могут проявляться как изгиб, скручивание и расширение.

«Мы могли бы объединить эти простые движения в более сложные, такие как ползание, ходьба или плавание, - сказали к.т.н. Фиоренцо Оменетто (Fiorenzo Omenetto) и проф. Франк С. Добле (Frank C. Doble). - И эти движения можно начинать и контролировать по беспроводной сети, используя свет».

Команда Оменетто продемонстрировала некоторые из этих сложных движений, построив мягкие захваты, которые захватывают и отпускают объекты в ответ на подсветку. «Одним из преимуществ этих материалов является то, что мы можем выборочно активировать части структуры и контролировать их с помощью локализованного или сфокусированного света, - сказал Мен Ли (Meng Li), первый автор статьи. - И в отличие от других активируемых светом материалов на основе жидких кристаллов, эти материалы могут быть изготовлены так, чтобы перемещаться либо навстречу, либо от источника света. Все эти функции дополняет возможность делать объекты крупными или маленькими со сложными, скоординированными движениями».

Чтобы продемонстрировать эту универсальность, исследователи создали простой «двигатель Кюри». Активируемая светом пленка была сформирована в кольцо, смонтирована на игольчатой стойке и помещена рядом с постоянным магнитом. Когда лазер фокусировался на фиксированной области кольца, он локально размагничивал эту часть кольца, создавая несбалансированную силу, которая заставляла кольцо вращаться. По мере поворота размагниченное пятно восстанавливает намагниченность, и новое пятно освещается и размагничивается, заставляя двигатель непрерывно вращаться.

Материалы, используемые для создания реагирующих на свет соединений, включают полидиметилсолоксан (PDMS), который является широко используемым прозрачным эластомером, часто сформированным в гибкие пленки, и шелковый фиброин, являющийся универсальным биосовместимым материалом с превосходными оптическими свойствами, который может принимать многообразные формы - от пленок до гелей, нитей, блоков и губок.

«С дополнительным структурированием материала, световым паттерном и контролем магнитного поля мы могли бы теоретически достичь еще более сложных и тонко настроенных движений, таких как сгибание и разворачивание, переключение микрожидкостных клапанов, микро- и наноразмерные двигатели и многое другое», - сказал Оменетто.

Пленка отклоняется от магнитного поля при воздействии света