Многие живые существа проявляют фототропизм - способность отслеживать источник света и выравниваться на него. Самыми известными примерами являются растения, которые ориентируются на Солнце в течение дня: большинство из нас сразу же подумывают о подсолнухах.
Создание искусственного материала, способного сделать это, оказалось сложной задачей.
Существуют искусственные «умные» материалы, которые могут двигаться в ответ на ненаправленные раздражители (например, температура, влажность, освещенность) - это известно как настические движения - но до сих пор ни один синтетический материал не был в состоянии показать тропизм (реакция ориентирования клетки, то есть направление роста или движения клеток относительно раздражителя (химического, светового и др.).
Теперь, американские исследователи обнаружили наноструктурированный полимерный материал, который в виде маленьких цилиндрических стеблеобразных форм способен следовать лучу света - так же, как подсолнухи.
Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовали фоточувствительный наноматериал, который эффективно поглощает свет и преобразует его в тепло, комбинируя его с термочувствительным полимером, который сжимается при нагревании.
Затем они сформировали полученный материал в маленькие цилиндры. Когда свет попадает на цилиндры, они поглощают его и становятся более горячими, но только со стороны, обращенной к источнику света.
Когда материал сжимается на освещенной стороне, цилиндр наклоняется к лучу света. Как только верх цилиндра выравнивается с лучем, нижняя сторона стебля, находящаяся теперь в тени света, охлаждается, расширяется и останавливает движение цилиндра.
Цилиндры могут непрерывно следовать световому пучку в широком диапазоне направлений, что, как полагают авторы, может быть использовано для повышения эффективности светосборных материалов, поскольку цилиндры изгибаются автономно, чтобы выставить наклон на максимальное количество света.
Систему назвали подсолнечным биомиметическим всенаправленным трекером (sunflower-like biomimetic omnidirectional tracker, SunBOT).
Результаты исследовательской группы показывают, что массив SunBOT может в принципе использоваться в устройствах для генерации солнечного пара - оборудовании, которое может извлекать пресную воду из морской воды или сточных вод.
Если свет падает на них под косыми углами, массив SunBOT может достичь до 400% улучшения сбора солнечной энергии по сравнению с искусственными настическими материалами.
Авторы системы по понятным причинам оптимистичны в отношении возможных приложений для SunBOT.
Они заканчивают свой отчет, утверждая: «Почти бесконечная степень свободы в адаптивной локомоции может привести к самоподдерживающимся, неуправляемым мягким роботам, автономно способным к обучению в реальном времени и выполнению сложных задач в различных средах».
«Эта работа может быть полезна для усовершенствованных так называемых солнечных "комбайнов", адаптивных приемников сигналов, интеллектуальных окон, автономной робототехники, солнечных парусов для космических кораблей, управляемой хирургии, саморегулирующихся оптических устройств и интеллектуального производства энергии (например, солнечных элементов и биотоплива), а также обнаружение и слежение за выбросами энергии с помощью телескопов, радаров и гидрофонов».
Исследование, описано в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.
Источник: Cosmos Magazine / Nature Nanotechnology
