Northwestern University forskare har utvecklat en familj av mjuka material som imiterar levande varelser.
När den träffas med ljus, de filmtunna materialen blir levande-böjning, roterar och till och med kryper på ytor.
Kallas "robotmjukvara av teamet i nordvästra USA, "materialen rör sig utan komplex hårdvara, hydraulik eller el. Forskarna tror att de verklighetstrogna materialen kan utföra många uppgifter, med potentiella energitillämpningar, miljösanering och avancerad medicin.
"Vi lever i en era där ständigt smartare enheter utvecklas för att hjälpa oss att hantera våra vardagar, "sade nordvästra Samuel I. Stupp, som ledde de experimentella studierna. "Nästa gräns ligger i utvecklingen av ny vetenskap som kommer att väcka inerta material till liv till vår fördel - genom att utforma dem för att förvärva kapacitet hos levande varelser."
Forskningen kommer att publiceras den 22 juni i tidskriften Naturmaterial .
Stupp är Förvaltningsrådets professor i materialvetenskap och teknik, Kemi, Medicin och biomedicinsk teknik vid Northwestern och chef för Simpson Querrey Institute Han har möten i McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences och Feinberg School of Medicine. George Schatz, Charles E. och Emma H. Morrison professor i kemi i Weinberg, ledde datasimuleringar av materialens verklighetstrogna beteenden. Postdoktor Chuang Li och doktorand Aysenur Iscen, från laboratorierna Stupp och Schatz, respektive, är första författare till tidningen.
Även om det rörliga materialet verkar mirakulöst, sofistikerad vetenskap är på spel. Dess struktur består av nanoskala peptidaggregat som dränerar vattenmolekyler ur materialet. En expert på materialkemi, Stupp kopplade peptidmatriserna till polymernätverk som är utformade för att vara kemiskt mottagliga för blått ljus.
När ljuset träffar materialet, nätverket skiftar kemiskt från hydrofilt (lockar vatten) till hydrofobt (motstår vatten). När materialet driver ut vattnet genom dess peptidrör, "det drar ihop sig - och kommer till liv. När ljuset är släckt, vatten kommer in i materialet igen, som expanderar när det återgår till en hydrofil struktur.
Detta påminner om den reversibla sammandragningen av muskler, vilket inspirerade Stupp och hans team att designa de nya materialen.
"Från biologiska system, vi lärde oss att muskelmagin är baserad på sambandet mellan sammansättningar av små proteiner och gigantiska proteinpolymerer som expanderar och drar ihop sig, "Stupp sa." Muskler gör detta med hjälp av ett kemiskt bränsle snarare än ljus för att generera mekanisk energi. "
För det nordvästra bioinspirerade materialet, lokaliserat ljus kan utlösa riktningsrörelse. Med andra ord, böjning kan ske i olika riktningar, beroende på var ljuset sitter. Och att ändra ljusets riktning kan också tvinga objektet att vända när det kryper på en yta.
Stupp och hans team tror att det finns oändliga möjliga tillämpningar för denna nya familj av material. Med förmågan att utformas i olika former, materialen kan spela en roll i en mängd olika uppgifter, allt från miljörensning till hjärnkirurgi.
"Dessa material kan öka funktionen hos mjuka robotar som behövs för att plocka upp ömtåliga föremål och sedan släppa dem på en exakt plats, "sa han." Inom medicin, till exempel, mjuka material med "levande" egenskaper kan böja eller ändra form för att få blodproppar i hjärnan efter en stroke. De kunde också simma för att rengöra vatten och havsvatten eller till och med utföra läkning för att reparera defekter i batterier, membran och kemiska reaktorer. "
