Zamislite osobu na zemlji koja vodi dron u vazduhu koji koristi svoju energiju iz laserskog zraka, eliminišući potrebu za nošenjem glomazne baterije.
To je vizija grupe naučnika Univerziteta Kolorado u Boulderu iz Haivard Research Group.
U novoj studiji, istraživači Odeljenja za hemijsko i biološko inženjerstvo razvili su novi i otporni fotomehanički materijal koji može da transformiše svetlosnu energiju u mehanički rad bez toplote ili električne energije, nudeći inovativne mogućnosti za energetski efikasne, bežične i daljinski kontrolisane sisteme. Njegov široki potencijal obuhvata različite industrije, uključujući robotiku, vazduhoplovstvo i biomedicinske uređaje.
„Izrezali smo srednjeg čoveka, da tako kažem, i uzimamo svetlosnu energiju i pretvaramo je direktno u mehaničku deformaciju“, rekao je profesor Rajan Hejvord.
Hejvord i njegov tim opisuju novi materijal u izveštaju objavljenom 27. jula u časopisu Nature Materials.
Materijal se sastoji od sitnih organskih kristala koji počinju da savijaju i podižu stvari kada su izloženi svetlosti. Istraživanje pokazuje da ovi fotomehanički materijali nude obećavajuću alternativu električno ožičenim aktuatorima, sa potencijalom za bežičnu kontrolu ili pogon robota ili vozila. Takođe, poboljšanje efikasnosti direktne konverzije svetlosti u rad nudi potencijal da se izbegnu glomazni sistemi za upravljanje toplotom, kao i teške električne komponente.
Istraživanje je u suprotnosti sa prethodnim pokušajima koji su uključivali delikatne kristalne čvrste materije koje su promenile oblik fotohemijskom reakcijom, ali su često pucale kada su bile izložene svetlosti i bile su izazovne za preradu u korisne aktuatore.
„Ono što je uzbudljivo je da su ovi novi aktuatori mnogo bolji od onih koje smo imali ranije. Brzo reaguju, traju dugo i mogu da podižu teške stvari.“
Inovativni pristup Haivard’s Lab-a uključuje korišćenje nizova sićušnih organskih kristala unutar polimernog materijala koji podseća na sunđer zbog svojih malih rupa. Kako kristali rastu unutar mikronskih pora polimera, njihova izdržljivost i proizvodnja energije pri izlaganju svetlosti su značajno poboljšani. Njihova fleksibilnost i lakoća oblikovanja čine ih veoma raznovrsnim za širok spektar primena.
Orijentacija kristala im omogućava da obavljaju zadatke kada su izloženi svetlosti, kao što su savijanje ili podizanje predmeta. Kada materijal promeni oblik sa pričvršćenim teretom, on radi kao motor ili aktuator i pomera teret. Kristali mogu da pomeraju predmete mnogo veće od njih samih. Na primer, kao što se vidi na gornjoj slici, traka kristala od 0,02 mg uspešno podiže najlonsku kuglu od 20 mg, podižući 10.000 puta veću od sopstvene mase.
Istraživači CU Bouldera takođe uključuju glavnog autora Venven Ksua, bivšeg postdoktorskog istraživača u Haivardovoj grupi (sada sa Sečuanskog univerziteta-Pittsburgh Instituta) i Hantao Zhoua (sada sa Vestern Digital), jednog od Haivardovih diplomiranih studenata. Rad je takođe uključivao saradnike na Univerzitet u Kaliforniji Riverside i Univerzitet Stanford.
Gledajući unapred, tim ima za cilj da unapredi kontrolu nad kretanjem materijala. Trenutno materijal može preći iz ravnog u zakrivljeno stanje samo savijanjem, a zatim odmotavanjem. Njihov cilj je takođe da povećaju efikasnost, maksimizirajući količinu proizvedene mehaničke energije u poređenju sa ulaznom svetlosnom energijom.
„Još uvek moramo da idemo, posebno u pogledu efikasnosti, pre nego što se ovi materijali zaista mogu takmičiti sa postojećim aktuatorima“, kaže Hejvord. „Ali ova studija je važan korak u pravom smeru i daje nam mapu puta kako bismo mogli da stignemo tamo u narednim godinama.“
