Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego wykorzystali technologię ciekłokrystalicznych elastomerów do zademonstrowania serii mikronarzędzi wytwarzanych na włóknach optycznych. Dwustumikrometrowy chwytak jest sterowany zdalnie, bez okablowania elektrycznego lub przewodów pneumatycznych, jedynie zielonym światłem dostarczanym przez światłowody – pochłonięta energia świetlna jest bezpośrednio zamieniana na pracę szczęk chwytaka.

Optyczne kombinerki obok mrówki Formica polyctena dla porównania skali (obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) z dodanymi kolorami). Dwie szczęki narzędzia (czerwone) zamykają się, absorbując światło przesyłane przez włókna optyczne (jasnoniebieskie) o średnicy 125 mikronów, porównywalnej do średnicy ludzkiego włosa. © Źródło: Wydział Fizyki UW

Chwytanie przedmiotów jest podstawową umiejętnością dla żywych organizmów, od mikroskopijnych wrotków, przez niesamowitą zręczność ludzkiej ręki, po szczęki drapieżnych wielorybów i miękkie macki olbrzymich kałamarnic. Jest także niezbędne dla wielu stale miniaturyzowanych technologii. Chwytaki mechaniczne, napędzane siłownikami elektrycznymi, pneumatycznymi, hydraulicznymi lub piezoelektrycznymi, stosowane są w skalach milimetrów i większych, ale ich złożoność i potrzeba przenoszenia siły na odległość uniemożliwiają miniaturyzację.

Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego wraz z kolegami z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie zastosowali mikrostruktury z ciekłokrystalicznych elastomerów, które mogą zmieniać kształt w odpowiedzi na światło, aby zbudować mikronarzędzie napędzane światłem – optyczne kombinerki (optical pliers). Urządzenie zostało skonstruowane przez wyhodowanie zginających się szczęk na końcówkach włókien optycznych o średnicy mniej więcej ludzkiego włosa.

Ciekłokrystaliczne elastomery (Liquid Crystal Elastomers, LCE) to inteligentne materiały, które mogą odwracalnie zmieniać kształt pod wpływem światła widzialnego. W swoim prototypie naukowcy połączyli napędzane światłem elementy z LCE z nową metodą wytwarzania struktur w skali mikrometrów: gdy światło ultrafioletowe jest przesyłane przez światłowód, na jego końcówce rośnie struktura w kształcie stożka. Indukowana światłem mechaniczna reakcja tak powstałej mikrostruktury zależy od orientacji cząsteczek wewnątrz elementu elastomerowego i może być kontrolowana w celu uzyskania zgięcia lub skurczu mikroelementów. Nowa technika wzrostu struktur z elastomerów oferuje możliwość wytwarzania różnych zdalnie sterowanych elementów w skali mikrometrowej.

Badania nad elastomerowymi mikrostrukturami zasilanymi światłem są finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu „Mechanizmy wykonawcze w mikroskali na bazie foto-responsywnych polimerów”.

Wyniki badań opisano na łamach Advanced Materials.

 

 

Źródło: Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
5 1 vote
Article Rating