Forskare vid Tufts University School of Engineering har utvecklat magnetiska elastomera kompositer som rör sig på olika sätt när de utsätts för ljus, öka möjligheten att dessa material kan möjliggöra ett brett utbud av produkter som utför enkla till komplexa rörelser, från små motorer och ventiler till solceller som böjer sig mot solljuset. Forskningen beskrivs i en artikel som publicerades idag i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Inom biologin, det finns många exempel där ljus framkallar rörelse eller förändring - tänk på blommor och löv som vänder sig mot solljus. De ljusaktiverade materialen som skapats i denna studie är baserade på principen för Curie -temperaturen - temperaturen över vilken vissa material kommer att förändra deras magnetiska egenskaper. Genom att värma och kyla ett magnetiskt material, man kan slå av och på dess magnetism. Biopolymerer och elastomerer dopade med ferromagnetisk CrO2 värms upp när de utsätts för laser eller solljus, förlorar tillfälligt sina magnetiska egenskaper tills de svalnar igen. Materialets grundläggande rörelser, formad till filmer, svampar, och hydrogeler, induceras av närliggande permanent- eller elektromagneter och kan uppvisa böjning, vridning, och expansion.

"Vi kunde kombinera dessa enkla rörelser till mer komplexa rörelser, som att krypa, gående, eller simmar, "sa Fiorenzo Omenetto, Ph.D., motsvarande författare till studien och Frank C. Doble professor i teknik vid teknikhögskolan vid Tufts. "Och dessa rörelser kan utlösas och kontrolleras trådlöst, använder ljus. "

Omenettos team demonstrerade några av dessa komplexa rörelser genom att konstruera mjuka gripare som fångar och släpper ut objekt som svar på ljusbelysning. "En av fördelarna med dessa material är att vi selektivt kan aktivera delar av en struktur och styra dem med hjälp av lokaliserat eller fokuserat ljus, "sa Meng Li, tidningens första författare, "Och till skillnad från andra lättaktiverade material baserade på flytande kristaller, dessa material kan utformas för att röra sig antingen mot, eller bort från ljusets riktning. Alla dessa funktioner bidrar till möjligheten att göra stora och små föremål med komplexa, samordnade rörelser. "

För att visa denna mångsidighet, forskarna konstruerade en enkel "Curie -motor". En lätt påverkad film formades till en ring och monterades på en nålstolpe. Placerad nära en permanent magnet, när en laser fokuserades på en fast plats på ringen, det avmagnetiserar lokalt den delen av ringen, skapar en obalanserad nätkraft som får ringen att vända. När det vänder, den avmagnetiserade platsen återfår sin magnetisering och en ny fläck belyses och avmagnetiseras, orsakar att motorn roterar kontinuerligt.

Material som används för att skapa de lättaktiverade materialen inkluderar polydimetylsoloxan (PDMS), som är en allmänt använd transparent elastomer som ofta formas till flexibla filmer, och sidenfibroin, som är ett mångsidigt biokompatibelt material med utmärkta optiska egenskaper som kan formas till en mängd olika former - från filmer till geler, trådar, block och svampar.

"Med ytterligare materialmönster, ljusmönster och magnetfältskontroll, vi kunde teoretiskt uppnå ännu mer komplicerade och finjusterade rörelser, som att fälla upp och ut, mikrofluidventilbyte, mikro- och nanostorlekar och mer, sa Omenetto.