Bewegend kunststof onder invloed van licht

Bewegend kunststof onder invloed van licht

Kunststof beweegt onder invloed van licht

Kunststof beweegt onder invloed van licht. Wetenschappers van TU Eindhoven en Kent State University hebben een materiaal ontwikkeld dat onder invloed van licht zich kan voortbewegen door een golvende beweging te maken. Een strook van dit nieuwe materiaal is een rechthoekig frame geklemd en bij belichting gaat dit zich geheel vanzelf verplaatsen. Dit apparaat, zo groot als een paperclip, is ‘s werelds eerste wandelmachiene dat licht direct omzet in een voortgaande beweging, simpelweg aangedreven door een lichtbron.

De maximale snelheid is ongeveer de snelheid van een rups, zo’n halve centimeter per seconde. Opmerkelijk is dat het machientje de andere kant op kruipt als het wordt omgedraaid, dus als het licht op de andere kant van het strookje komt. Volgens de onderzoekers zou hun vinding wellicht kunnen dienen voor transport van kleine objecten in moeilijk te bereiken plaatsen en voor het schoonhouden van oppervlakten zoals zonnecellen. Dit demonstreren ze door zandkorrels op het strookje te leggen, die vervolgens door de golvende beweging ervan worden afgevoerd. Het mechanisme is erg krachtig. Het strookje kan een object dat veel groter en zwaarder is, heuvelop transporteren.

Schaduw
Het nieuwe materiaal verkrijgt zijn beweeglijkheid door het feit dat bij belichting de ene kant ervan krimpt onder en de andere kant uitzet. Daardoor gaat het bij belichting bol staan. Die vervorming verdwijnt direct zodra het licht weg is. Hoewel het strookje er transparant uitziet, absorbeert het materiaal het gebruikte violette licht nagenoeg volledig, waardoor erachter een schaduw ontstaat.

Continue golfbeweging
Het wetenschappelijk team, onder leiding van hoogleraar Dick Broer van de TU Eindhoven, wist met dit ‘zelf-schaduwende’ effect een continue golfbeweging te creëren. Ze klemden een strookje van het materiaal in een frame dat korter is dan het strookje zelf, waardoor het al direct bol staat. Ze zetten er vervolgens schuin van voren geconcentreerd led-licht op. Het belichtte deel van het strookje bolt nu naar beneden, waardoor een kuil ontstaat in de strook. Hierdoor komt het volgende stuk van de strook in het licht te liggen, enzovoorts. Op deze manier verplaatst de kuil zich naar achteren en ontstaat de continue golfbeweging, die het geheel laat ‘lopen’, weg van het licht. Als de andere kant van het materiaal naar boven ligt, dan beweegt de golf in de andere richting en loopt het machientje naar het licht toe.

Terugbuigen
Deze beweging van het materiaal kreeg de onderzoekers voor elkaar met ‘liquid crystals’ (bekend van de LCD’s). Ze verwerkten een snel-reagerende lichtgevoelige variant in een vloeibaar-kristalpolymeer. Zo creëerden ze een materiaal dat instant vervormt als het belicht wordt, en ook direct weer terugbuigt als het licht verdwijnt.


De onderzoekers publiceren hierover in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. Het artikel is getiteld “Making waves in a photoactive polymer film“, (DOI 10.1038/nature22987). De auteurs zijn Anne Hélène Gélébart1, Dirk Jan Mulder1, Michael Varga2, Andrew Konya2, Ghislaine Vantomme1, Bert Meijer1, Robin Selinger2 en Dick Broer1

1) TU Eindhoven,
2): Kent State University.

Het empirische onderzoek vond plaats Eindhoven; het bijbehorende theoretisch model werd ontwikkeld in Kent, Ohio. Het onderzoek is mogelijk gemaakt mede dankzij subsidies van de Nederlandse onderzoeksfinancier NWO en van de European Research Council.

Bron: Kunststofenrubber.nl