– Ruch obrotowy w przyrodzie jest bardzo rzadko spotykany, podczas gdy nasza cywilizacja jest nim napędzana. Potrafimy budować rozmaite silniki obrotowe, które składają się zwykle z wielu elementów, co utrudnia ich miniaturyzację. Istnieje jednak grupa materiałów umożliwiających konstrukcję małych, ruchomych urządzeń – ciekłokrystaliczne elastomery (ang. liquid crystal elastomer, LCE) – napisali przedstawiciele Wydziału Fizyki UW w komunikacie.
Ciekłokrystaliczne elastomery to inteligentne materiały, które mogą szybko, w odwracalny sposób zmieniać kształt, na przykład kiedy się je oświetli. Dzięki odpowiedniemu uporządkowaniu (orientacji) cząsteczek elastomeru można programować deformację elementu. Umożliwia to zdalne zasilanie i sterowanie mechanizmów wykonawczych i robotów przy pomocy światła.
Badania nad takimi elastomerami skupiały się głównie na projektowaniu kształtu i sposobu odkształcenia elementów (np. skracanie, zginanie). Natomiast spojrzenie na LCE z innej strony pozwoliło badaczom opracować obrotowy mikrosilnik.
Wykorzystując technologię światłoczułych elastomerów badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego we współpracy z badaczami z Wydziału Matematyki Uniwersytetu w Suzhou w Chinach, Instytutu Fizyki Technicznej Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie oraz Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu zbudowali mikrosilnik, który obraca się dzięki wędrującej deformacji miękkiego materiału, wywołanej wiązką lasera. Oświetlana część silnika (rotor) ma kształt pierścienia o średnicy 5 milimetrów. Projektując odpowiednią orientację cząsteczek elastomeru można zapewnić stabilną pracę tego mikrosilnika albo zwiększyć jego prędkość obrotową.
– Mimo niewielkiej prędkości obrotowej, około jednego obrotu na minutę, nasz silnik pozwala spojrzeć z innej strony na mikromechanikę inteligentnych miękkich materiałów oraz ich potencjalne zastosowania – mówi cytowana w komunikacie FUW dr inż. Klaudia Dradrach z Pracowni Nanostruktur Fotonicznych. Dodaje, że pomysł inspirowany jest silnikiem piezoelektrycznym, często spotykanym np. w obiektywach fotograficznych.
Powtarzalną metodę wytwarzania odkształcalnych miniaturowych elementów z LCE opracowano dzięki wsparciu naukowców z CMPiW PAN i WAT.
W badaniach wzięli udział doktoranci z Wydziału Fizyki UW m.in. Mikołaj Rogóż i Przemysław Grabowski. Badacze ci już wcześniej zademonstrowali napędzanego światłem robota-ślimaka, poruszającego się tak, jak jego żywe odpowiedniki. Obecnie są przekonani, że nowe inteligentne materiały w połączeniu z nowatorskimi metodami wytwarzania miniaturowych elementów pozwolą konstruować kolejne miniaturowe elementy i napędy. Pracują nad mikronarzędziami sterowanymi światłem i dalekozasięgowymi siłownikami liniowymi.
Badania nad miękkimi mikrorobotami i polimerowymi mechanizmami wykonawczymi są finansowane są przez NCN i MNiSW w ramach „Diamentowego Grantu”, MON i program badawczy uniwersytetu w Suzhou.
Fot.mat.pras. Wydział Fizyki UW, Piotr Wasylczyk
