Кленовые семена, контролируемые светом, могут отслеживать окружающую

среду даже в труднодоступных местах

Семена с динамиками ветра, распространенные среди кленовых деревьев, были ключевым источником вдохновения для управляемого светом роботом.Кредит: Цзянфенг Ян, Университет Тампер Эта технология может изменить правила игры для таких областей, как поиск и спасение, исследования исчезающих видов или мониторинг инфраструктуры.

В Университете Тампер, профессор Хао Зенг и докторский исследователь Цзянфенг Ян работают на границе между физикой, мягкой механикой и материалом в своей исследовательской группе легких роботов.Они черпали вдохновение из природы для разработки полимерных скользящих структур, которые можно контролировать с помощью света.

Теперь Зенг и Ян с профессором М. Рави Шанкаром из Университета Питтсбурга использовали интеллектуальный материал, активируемый светом, чтобы контролировать режим скольжения искусственного кленового семени.

В природе клен рассеивается на новые места роста с помощью летающих крыльев в их самаре или сухих фруктов.Крылья помогают семени вращаться, когда оно падает, позволяя ему скользить в мягком ветре.Конфигурация этих крыльев определяет их путь скольжения.

Статья «Фотохимические отзывчивые полимерные фильмы обеспечивают настраиваемый скользящий полет» Цзянфенг Ян, М. Рави Шанкар и Хао Цзэн были опубликованы в Nature Communications 1 июня 2024 года.

По словам исследователей, искусственное семя кленового клена можно активно контролировать с помощью света, где его рассеивание на ветру может быть активно настроено для достижения ряда скользящих траекторий.В будущем он также может быть оснащен различными микросенсорами для мониторинга окружающей среды или использоваться для доставки, например, небольших образцов почвы.

Исследователи были вдохновлены разнообразием скользящих семян финских деревьев, каждый из которых демонстрировал уникальный и завораживающий схему полета.Их фундаментальный вопрос заключался в том, можно ли воссоздать структуру этих семян с использованием искусственных материалов для достижения аналогичной элегантности, контролируемой воздухом, контролируемой светом.

«Крошечные роботы с контролем света предназначены для выпуска в атмосферу, используя пассивный полет для широкого рассеяния через взаимодействие с окружающими воздушными потоками. Оснащенные GPS и различные датчики, они могут обеспечить мониторинг локальных индикаторов окружающей среды, таких как PH и PH и PH и PH и PH и PH и PH и PH и PH иКонцентрации тяжелых металлов », объясняет Ян.

Вдохновленная естественной кленовой Самарой, команда создала легкомысленное жидкокристаллическое эластомер на основе азобензола, которая достигает обратимой фотохимической деформации, чтобы тонко настраивать аэродинамические свойства.

«Искусственные семена клена опережают свои естественные аналоги в регулируемой скорости терминала, скорости вращения и парящихся позициях, усиливая способность к дальней дистанции с помощью ветра посредством самоотрации»,-говорит Зенг.

В начале 2023 года Zeng и Yang выпустили свои первые, одуванчики, такие как мини-робот в рамках проекта Flying Aero-Robots на основе сборки света, абонента-Fairy.Проект начался в сентябре 2021 года и будет продолжаться до августа 2026 года.

«Будь то семена, бактерии или насекомые, природа предоставляет им умные шаблоны для перемещения, кормления и воспроизведения. Часто это происходит через простой, но удивительно функциональный, механический дизайн», - объясняет Шанкар.

“Благодаря достижениям в материалах, которые являются фоточувствительными, мы можем диктовать механическое поведение почти на молекулярном уровне. Теперь у нас есть потенциал для создания микро-роботов, дронов и зондов, которые могут не только достигать недоступных областей, но и ретрансляции критической информациипользователю.

More information: Jianfeng Yang et al, Photochemically responsive polymer films enable tunable gliding flights, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49108-0