Om du tittar på bladen på en växt tillräckligt länge, du kan se dem skifta och vända sig mot solljuset under dagen. Det händer långsamt, men säkert.

Vissa konstgjorda material kan efterlikna denna långsamma men stadiga reaktion på ljusenergi, vanligtvis utlöses av lasrar eller fokuserat omgivande ljus. Ny forskning från University of Pittsburgh och Carnegie Mellon University har upptäckt ett sätt att påskynda denna effekt så att dess prestanda kan konkurrera mot elektriska och pneumatiska system.

"Vi ville skapa maskiner där ljus är den enda energikällan och riktningen, "förklarade M. Ravi Shankar, professor i industriteknik och seniorförfattare till tidningen. "Utmaningen är att även om vi kan få lite rörelse och aktivering med ljusdrivna polymerer, det var ett för långsamt svar för att vara praktiskt. "

När polymerarket är plant, ljuset animerar det långsamt, böjda eller curling med tiden. Forskarna fann att genom att forma polymeren till en böjd form, som ett skal, böjningen skedde mycket snabbare och genererade mer vridmoment.

"Om du vill flytta något, som att vrida en strömbrytare eller flytta en spak, du behöver något som reagerar snabbt och med tillräckligt med kraft, "sade Shankar, som har en sekundär utnämning inom maskinteknik och materialvetenskap. "Vi fann att genom att applicera en mekanisk begränsning på materialet genom att begränsa det längs kanterna, och bädda in genomtänkt genomtänkta arrangemang av molekyler, vi kan omvandla ett långsamt svar till något som är mer impulsivt. "

Forskarna använde en fotoresponsiv azobensen-funktionaliserad flytande kristallin polymer (ALCP) film som är 50 mikrometer tjock och flera millimeter i bredd och längd. En skalliknande geometri skapades genom att begränsa detta material längs kanterna för att skapa en kurva. Skenande ljus på denna geometri viker skalet vid ett veck som spontant kärnar. Denna vikning sker inom tiotals millisekunder och genererar vridmomenttätheter på upp till 10 newtonmeter per kilogram (10Nm/kg). Det ljusdrivna svaret förstoras med cirka tre storleksordningar i jämförelse med materialet som var plant.

"Resultaten av projektet är mycket spännande eftersom det innebär att vi kan skapa ljusdrivna ställdon som är konkurrenskraftiga med elektriska ställdon, "sa Kaushik Dayal, medförfattare och professor i civil- och miljöteknik vid CMU.

"Vår strategi för att skala upp prestanda för ljusdrivna polymerer kan återuppfinna designen av helt obundna mjuka robotar med många tekniska tillämpningar, "tillade huvudförfattare och postdoktoral forskare vid CMU Mahnoush Babaei.