Polska - Świat nauki

Polscy i chińscy naukowcy prezentują milimetrowy silnik obrotowy napędzany światłem

2020-02-20 10:14:01

Badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego wraz ze współpracownikami z Polski i Chin, zademonstrowali mikrosilnik zasilany wprost wiązką światła. Polimerowy pierścień o średnicy 5 milimetrów, napędzany i sterowany przy pomocy wiązki lasera, potrafi obracać się i wykonywać pracę, np. obracając inny element osadzony na tej samej osi.

Milimetrowy silnik obrotowy napędzany światłem zdjęcieMilimetrowy silnik obrotowy - jak działa?

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). Badania nad tymi materiałami skupiają się głównie na projektowaniu kształtu i sposobu odkształcenia elementów z LCE (np. skracanie, zginanie). Dlatego tak ważne było spojrzenie na LCE z innej strony, co doprowadziło do skonstruowania obrotowego mikrosilnika.

Ciekłokrystaliczne elastomery to inteligentne materiały, które mogą szybko, w odwracalny sposób zmieniać kształt, na przykład po oświetleniu. Dzięki odpowiedniemu uporządkowaniu (orientacji) cząsteczek elastomeru można programować deformację elementu. Umożliwia to zdalne zasilanie i sterowanie mechanizmów wykonawczych i robotów przy pomocy światła.

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 Polskiej Akademii Nauk 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 dr inż. Klaudia Dradrach z Pracowni Nanostruktur Fotonicznych. – Pomysł inspirowany jest silnikiem piezoelektrycznym, często spotykanym w obiektywach fotograficznych. Wsparcie naukowców z Polskiej Akademii Nauk z Zabrza i Wojskowej Akademii Technicznej było kluczowe – dzięki niemu opracowaliśmy powtarzalną metodę wytwarzania odkształcalnych miniaturowych elementów z LCE. W naszych badaniach brali udział młodzi naukowcy, m.in. Mikołaj Rogóż i Przemysław Grabowski, doktoranci z Wydziału Fizyki UW.

Mikrourządzenia napędzane światłem

Badacze, którzy wcześniej zademonstrowali napędzanego światłem robota-ślimaka poruszającego się tak jak jego krewni występujący w przyrodzie wierzą, że nowe inteligentne materiały w połączeniu z nowatorskimi metodami wytwarzania miniaturowych elementów, pozwolą im konstruować kolejne miniaturowe elementy i napędy. Obecnie pracują nad mikronarzędziami sterowanymi światłem i dalekozasięgowymi siłownikami liniowymi.

Badania nad miękkimi mikrorobotami i polimerowymi mechanizmami wykonawczymi są finansowane są przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu "Mechanizmy wykonawcze w mikro-skali na bazie foto-responsywnych polimerów", Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach "Diamentowego Grantu" przyznanego M. Rogóżowi, Ministerstwo Obrony Narodowej i program badawczy uniwersytetu w Suzhou.

Zagadnienie rozpatrzone szerzej w:

  • Klaudia Dradrach, Mikołaj Rogóż, Przemysław Grabowski, Chen Xuan, Rafał Węgłowski, Jolanta Konieczkowska, Ewa Schab-Balcerzak, Wiktor Piecek, Piotr Wasylczyk, "Travelling wave rotary micromotor based on photo-mechanical response in liquid crystal polymer networks", ACS Applied Materials & Interfaces, https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.9b20309

ip

fot. Fotografia rotora mikrosilnika o średnicy 5,5 mm, wykonanego z odpowiednio zorientowanego polimeru, na czubku ołówka. (Źródło: Wydział Fizyki UW, fot. Piotr Wasylczyk)

Słowa kluczowe: ciekłokrystaliczne elastomery, inteligentne materiały, UW, liquid crystal elastomer, minisilnik
Komentarze
Redakcja dlaStudenta.pl nie ponosi odpowiedzialności za wypowiedzi Internautów opublikowane na stronach serwisu oraz zastrzega sobie prawo do redagowania, skracania bądź usuwania komentarzy zawierających treści zabronione przez prawo, uznawane za obraźliwie lub naruszające zasady współżycia społecznego.
Zobacz także
praca po studiach prawniczych
Prawo daje wiele możliwości. Dowiedz się, kim możesz zostać po studiach prawniczych Warszawa

Szukasz perspektywicznego kierunku studiów - takiego, po którym będziesz mieć wiele możliwości zawodowych? Jednym z nich jest prawo.

nauka przedmiotÃłw ścisłych
Jak edukować, żeby młodzież chciała uczyć się przedmiotów ścisłych?

Jak zachęcić młodzież do pójścia w ślady małżeństwa Curie?

Polecamy
#ideaHACK 2020 - wyniki i relacja z hackathonu

Innowatorzy walczą przez internet z wyzwaniami współczesnego świata. Zobacz zdjęcia!

Konferencja Rektorów apeluje o "zaniechanie wypowiedzi stygmatyzujących"

KRASP w komunikacie bezpośrednio nawiązuje do wypowiedzi dotyczących LGBT+.

Ostatnio dodane
praca po studiach prawniczych
Prawo daje wiele możliwości. Dowiedz się, kim możesz zostać po studiach prawniczych Warszawa

Szukasz perspektywicznego kierunku studiów - takiego, po którym będziesz mieć wiele możliwości zawodowych? Jednym z nich jest prawo.

Popularne