En konstgjord Pavlovs hund skapad av programmerbara flytande kristallpolymernätverk som "lär sig" att reagera på ljus efter association med uppvärmning. Kredit:Zeng och Zhang et al.
Forskare i Finland "tränar" plastbitar att gå under ljusets kommando. Metoden som utvecklats, publicerad 4 december i tidskriften Materia , är första gången ett syntetiskt manöverdon "lär sig" att göra nya "trick" baserat på sina tidigare erfarenheter, utan datorprogrammering.
Dessa plaster, tillverkad av termokänsliga flytande kristallpolymernätverk och ett skikt av färgämne, är mjuka ställdon som kan omvandla energi till mekanisk rörelse. Initialt, ställdonet svarar bara för värme, men genom att associera ljus med värme, den lär sig att reagera på ljus. Som svar, ställdonet böjer sig på samma sätt när en människa böjer sitt pekfinger. Genom att bestråla ställdonet regelbundet, den "går" som en tummask med en hastighet på 1 mm/s, ungefär i samma takt som en snigel.
"Vår forskning ställer i huvudsak frågan om ett livlöst material på något sätt kan lära sig i en mycket förenklad mening, säger seniorförfattaren Arri Priimägi, från Tammerfors universitet. "Min kollega, Professor Olli Ikkala från Aalto-universitetet, ställde frågan:Kan material lära sig, och vad betyder det om material skulle lära sig? Vi gick sedan samman i den här forskningen för att göra robotar som på något sätt skulle lära sig nya trick." I forskargruppen ingår även postdoktorala forskare Hao Zeng, Tammerfors universitet, och Hang Zhang, Aalto-universitetet.
Konditioneringsprocessen, som associerar ljus med värme, tillåter färgen på ytan att diffundera genom ställdonet, gör det blått. Fenomenet ökar den totala ljusabsorptionen, vilket ökar den fototermiska effekten och höjer ställdonets temperatur. Den "lär sig" sedan att böja sig vid bestrålning.
"Denna studie som vi gjorde var inspirerad av Pavlovs hundexperiment, " säger Priimägi. I experimentet, en hund saliverar som svar på att se mat. Pavlov ringde sedan på klockan innan han gav hunden mat. Efter några upprepningar, hunden associerade mat med klockan och började salivera när han hörde klockan. "Om du tänker på vårt system, värme motsvarar maten, och ljuset skulle motsvara klockan i Pavlovs experiment."
"Många kommer att säga att vi driver denna analogi för långt, säger Priimägi. I någon mening, dessa människor har rätt eftersom jämfört med biologiska system, materialet vi studerade är mycket enkelt och begränsat. Men under rätt omständigheter, analogin gäller." Nästa steg för teamet är att öka nivån av komplexitet och kontrollerbarhet för systemen, för att hitta gränserna för de analogier som kan dras till biologiska system. "Vi strävar efter att ställa frågor som kanske tillåter oss att titta på livlösa material från ett nytt ljus."
En konstgjord Pavlovs hund skapad av programmerbara flytande kristallpolymernätverk som "lär sig" att reagera på ljus efter association med uppvärmning. Kredit:Zeng och Zhang et al.
Ljus får den konditionerade flytande kristallen att röra sig. Kredit:Aalto-universitetet, Tammerfors universitet, Celltryck
Men förutom att gå, systemen kan också "känna igen" och reagera på olika våglängder av ljus som motsvarar beläggningen av dess färgämne. Denna egenskap gör materialet till en avstämbar mjuk mikrorobot som kan fjärrstyras, ett idealiskt material för biomedicinska tillämpningar.
"Jag tycker att det finns många coola aspekter där. Dessa fjärrstyrda flytande kristallnätverk beter sig som små konstgjorda muskler, " säger Priimägi. "Jag hoppas och tror att det finns många sätt att de kan gynna det biomedicinska området, bland andra områden som fotonik, i framtiden."
