I ett papper i Science Robotics , materialforskare från UCLA Samueli School of Engineering beskriver en ny design för en simrobot som både drivs och styrs av konstant ljus.

Enheten, kallas OsciBot eftersom den rör sig genom att svänga svansen, kan så småningom leda till konstruktioner för pågående robotar och autonoma fartyg. Dess design är inspirerad av ett naturfenomen som kallas fototaxi - rörelse mot eller bort från en ljuskälla - som finns i hela djurriket. Både maneter och malar, till exempel, attraheras av ljus.

OsciBot visar att rörelse genom oscillation kan vara direktdrivet konstant ljus, snarare än att förlita sig på ljusenergi som har skördats och lagrats i ett batteri. Den är helt tillverkad av ett mjukt material som kallas en hydrogel som sväller när den placeras i vatten och är lyhörd för ljus. Enheten behöver inte batterier eller behöver anslutas till en annan strömkälla.

Forskarnas första mål var att avgöra om de kunde skapa ett nytt sätt att använda en konstant energikälla för att få ett objekt att röra sig i ett oscillerande mönster.

Att göra det, de byggde en 2 centimeter lång flexibel cylinder och förankrade den till botten av en vattentank. När de riktade en ljusstråle mot cylindern, de fann att ljuset fick det att böja sig så snabbt som 66 gånger per minut - och att genom att flytta ljuskällans position, de kunde rikta enheten att böja både vänster och höger och upp och ner.

Forskarna bestämde också att hastigheten med vilken enheten oscillerar kan justeras utifrån cylinderns längd och tjocklek samt hur mycket ljus som används.

Beväpnad med en förståelse för hur man skapar den oscillerande rörelsen, laget använde samma hydrogel för att bygga en robot formad som en rektangulär surfbräda, med en förlängd undervattenssvans.

När ljus från en laser träffar en fläck på svansen, den platsen värms upp. Den lilla temperaturökningen gör att en del av roboten släpper ut en del av vattnet och krymper i volym, som flyttar svansen mot ljuskällan. Efter att det flyttat upp, svansen skapar en skugga som kyler det avsnitt där lasern ursprungligen kom i kontakt med roboten, vilket får svansen att sjunka igen.

Så länge ljuset träffar målpunkten, processen upprepas, skapa en flaxande rörelse. Forskare observerade svansen som flaxade 35 gånger per minut, tillräckligt snabbt för att flytta roboten 1,15 gånger sin kroppslängd per minut - eller ungefär dubbelt så snabbt som jämförbara robotar som drivs av intermittent ljus.

"Vanligtvis, generering av oscillation är beroende av intermittent energiinmatning, såsom pulserande ljus eller växelström, "sa Ximin He, en UCLA biträdande professor i materialvetenskap och teknik, och studiens huvudutredare. "Däremot, denna studie visar ett nytt sätt att generera oscillation, genom att använda en konstant energiinmatning som är lättillgänglig från omgivningsmiljön och billig att utnyttja. "

Forskarna fann också att genom att placera om ljuset, de kunde styra roboten runt små böjar, visar att ljus också kan användas för att manövrera enheten.

"Detta är verkligen en grundläggande demonstration att direkt och konstant ljus kan driva och bestämma rörelse, "sa studiens huvudförfattare, Yusen Zhao, en UCLA -doktorand i materialvetenskap och teknik. "Det kan vara ett steg mot en mängd olika robotdesigner som inte är bundna och drivs enbart av det tillgängliga ljuset i sin omgivning, istället förlita sig på tunga batterier eller strömkablar. "

Om den byggs i större skala, en liknande design kan så småningom användas för stora undervattenspropellrar eller vindsegel som använder solljus för att manövrera; i mikroskopiska storlekar, tillvägagångssättet kan användas för att utveckla en robot som utför precisionsoperativa ingrepp. (Isåfall, ljuset kan komma från ett separat medicinskt instrument.) Ingenjörer kan också justera designen för snabbhet och manövrerbarhet.

"Det fina med den gelbaserade fotooscillatorn är dess enkelhet, "Han sa." Samspelet mellan det "smarta" mjuka materialet och miljöljuset möjliggjorde dess självreglerande rörelse. "

Han sa att designen kunde anpassas för att använda andra energiformer - akustiska vågor, eller elektroniska eller magnetiska signaler, till exempel.