Учится двигаться и прилипать жидкокристаллический полимер

Исследователи обучали материал так же, как Павлов дрессировал собак. Специально подготовленный жидкокристаллический полимер может контролироваться только с помощью силы света, и есть множество идей о том, как использовать его в мягкой робототехнике.

Метод кондиционирования и его применение в робототехнике

Кондиционирование - это метод, известный благодаря экспериментам Ивана Павлова с собаками. Павлов дрессировал собаку, звоня в колокол каждый раз, когда собаку кормили. Собака научилась ассоциировать звонок с едой, а затем пускала слюни, когда услышала звонок, даже если ничего не видела.

В более раннем исследовании ученые из Университета Аалто и Университета Тампере преуспели в том, чтобы кондиционировать твердый гель так, чтобы он плавился и становился жидким под воздействием только света.

Теперь те же исследователи научили жидкокристаллический полимер двигаться и прилипать к объекту определенного цвета. «Сначала жидкокристаллический полимер вообще не реагировал на свет, но с течением времени он научился перемещать и цепляться к объектам благодаря свету.

Идея та же, что и в предыдущем исследовании, но теперь кондиционирование включает в себя материальные функции», объяснил профессор Олли Иккала из Университета Аалто. Используемый в исследовании пластик содержит молекулы жидких кристаллов, расположение которых относительно друг друга важно для гибкости и трансформации материала.

Принцип запоминания

«Кондиционирование может помочь запомнить материалам новые действия, к примеру распознавание цветов или перемещение в условиях, в которых они изначально не перемещаются», - сказал профессор Арри Приимяги из Университета Тампере.

Чтобы действия запоминались, полимер должен обладать “памятью”. Когда материал нагревается, краситель, первоначально распределяющийся по поверхности жидкокристаллического полимера, проникает в материал, образуя таким образом память.

Различные красители реагируют на разные длины волн света, поэтому изначально нейтральный стимул (цвет света) можно контролировать с помощью красителя, нанесенного на него. Кроме того, при разработке материала молекулы должны быть расположены таким образом, чтобы при нагревании материал реагировал так, как хотелось бы, - сказал Олли Иккала.

Мягкая робототехника и адаптивные материалы

Мягкие роботы пытаются стать такими же, как и человеческое тело. «Если вы дадите клубнику обычному механического робота, он может ее раздавить. Итак, нам нужны роботы, которые могут очень аккуратно поднимать и опускать вещи.

Традиционным роботам также часто требуется шнур питания или большая, тяжелая батарея. Мягкая робототехника стремится к легкому внешнему управлению, например, с помощью света», - сказал Олли Иккала.

По словам Олли Иккала, новые виды материалов со способностью «учиться» могут быть полезны в мягкой робототехнике уже сейчас, хотя функции все еще ограничены. Команда Arri Priimägi уже несколько лет специализируется на исследованиях в области мягкой робототехники. По словам Приймяги, это исследование может также открыть новые возможности в технологии материалов. В будущем возможно создание материалов с покрытием, благодаря которому тебудут меняться при определенных условиях. «Концепция кондиционирования не только связана с этой экспериментальной установкой, но может быть распространена и на другие области. Но на данный момент кондиционирование достигается только благодаря комбинированному воздействию света и тепла», - сказал Приимяги. Далее, исследователи хотят определить, могут ли материалы быть обусловлены совершенно независимыми сигналами. Свет и тепло не полностью независимы, ведь они непосредственно связаны. «Поскольку функциональные материалы могут контролироваться различными другими стимулами, такими как электрические и магнитные поля, изменения влажности или химические вещества, в дополнение к свету и теплу, существует много альтернатив для дальнейшего развития этой концепции. Материал также должен иметь память, которая активируется определенным сигналом», - подытожил Арри Приимяги.