Ученые из Технического университета Эйндховена создали материал, изгибающийся под действием света. Направляя на него ультрафиолетовое излучение, они заставили его двигаться в определенном направлении, изгибаясь подобно гусенице. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Поведение материала основано на явлении фотоизомеризации, при котором материал меняет свою структуру под действием облучения от одного изомера к другому. Ученые создали мономеры на основе азобензола. Из-за его фотоизомеризации полученные на его основе длинные мономеры сокращались под действием ультрафиолета.

Для того, чтобы превратить этот эффект, происходящий на молекулярном уровне, в полноценное макроскопическое движение, ученые создали полоски на основе этого полимера. В процессе создания ученые расположили мономеры таким образом, что они плавно поворачивались от параллельного состояния на одной стороне полоски к перпендикулярному на другой. В итоге, молекулы на первой стороне сокращались вдоль полоски, а на второй стороне сокращались перпендикулярно, из-за чего полоска утончалась и расширялась вдоль своей оси.

Пленка освещалась ультрафиолетовым излучением почти горизонтально. Поэтому при выгибании фрагмента пленки он заслонял свет для остальной части. Из-за того, что пленка нагревалась при облучении, при затенении тепло инициировало процесс обратной изомеризации. Из-за совмещения процессов выгибания и расслабления фрагментов пленки, по ней постоянно перемещалась волна, причем ее направление зависело от того, на какую сторону полоски падало излучение.

Принцип действия пленки. Направление распространения волны зависит от ориентации молекул в пленке, а следовательно, от того, какой стороной повернута пленка. Anne Helene Gelebart et al. / Nature, 2017

Ученые решили использовать это свойства для создания устройства, которое перемещалось бы подобно гусенице и использовало свет в качестве «топлива». Они закрепили полоску из полимера внутри прямоугольной рамки с меньшей длиной, благодаря чему полоска изначально приобрела выгнутую форму.

Исследователи продемонстрировали несколько экспериментов по перемещению полимерной «гусеницы». В том числе была показана конструкция без рамки, но в таком случае ученым приходилось постоянно перемещать луч вдоль полоски и обратно.

В начале 2017 года американские ученые также создали микроробота с мышцами, приводимыми в действие с помощью света. А китайские физики смогли заставить частицу бегать туда-сюда с помощью света за счет комбинации двух эффектов, каждый из которых превалировал в разных положениях.

Автор: Григорий Копиев