Vật liệu polymer đầu tiên trên thế giới có thể tự di chuyển được bằng ánh sáng

Các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Eindhoven và Đại học Kent đã chế tạo thành công một loại vật liệu mới có thể di chuyển về phía trước theo kiểu gợn sóng dưới tác động của ánh sáng. Để tiến hành thử nghiệm, các nhà khoa học đã tạo ra một thiết bị nhỏ bằng cách kẹp chặt hai đầu của một mẫu vật liệu polymer này bằng một khung hình chữ nhật. Khi được chiếu sáng, thiết bị này có thể tự di chuyển được về phía trước.

Thiết bị nhỏ gọn này, có kích thước cỡ một chiếc kẹp giấy, là "cỗ máy" đầu tiên trên thế giới có thể chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành động năng để có thể tự di chuyển được, mà chỉ cần một nguồn sáng cố định. Các nhà nghiên cứu đã cho xuất bản phát hiện mới của họ trên tạp chí khoa học Nature ngày 29/06/2017.

Hình ảnh: Thiết bị thử nghiệm được gắn vật polymer mới.

Tốc độ tối đa tương đương với tốc độ di chuyển của một con sâu bướm, khoảng nửa centimet mỗi giây. Các nhà nghiên cứu cho rằng vật liệu mới này có thể được ứng dụng để vận chuyển các vật nhỏ vào những nơi khó tiếp cận được hoặc dùng để làm sạch bề mặt các tấm pin năng lượng mặt trời. Với cách di chuyển kiểu gợn sóng của mình, nó có thể loại bỏ các hạt cát li ti trên bề mặt vật thể . Thêm vào đó, về mặt kĩ thuật, nó có thể vận chuyển vật thể to hơn và nặng hơn nhiều lần so với kích thước của nó.

Cách chuyển động của vật liệu mới này nhờ vào hiện tượng: một mặt của vật liệu sẽ co lại do phản ứng với ánh sáng, và mặt còn lại giản nở ra, khiến nó phồng lên khi được chiếu sáng. Sự biến dạng sẽ biến mất ngay lập tức khi nguồn sáng bị ngắt. Mặc dù, bằng mắt thường, vật liệu này nhìn trong suốt, nhưng thực ra, nó hấp thụ toàn bộ ánh sáng tím mà các nhà nghiên cứu sử dụng để chiếu sáng, và tạo ra cái bóng đằng sau nó.

Nhóm các nhà khoa học, do giáo sư Dick Broer của Đại học Công nghệ Eindhoven dẫn dắt, đã có thể tạo ra những chuyển động gợn sóng liên tục nhờ sử dụng hiệu ứng "tự đổ bóng" của vật liệu này. Họ gắn mẫu vật liệu này vào một khung ngắn hơn chiều dài của mẫu vật liệu để giúp vật liệu có thể phồng lên. Sau đó, họ sử dụng nguồn sáng định hướng để chiếu sáng lên thiết bị này, từ phía trước. Phần của mẫu vật liệu được chiếu sáng bị phồng theo hướng xuống sẽ tạo nên "vết lõm". Như một hệ quả tất yếu, phần tiếp theo của mẫu vật liệu sẽ nổi lên và được chiếu sáng, sẽ bắt đầu biến dạng. Theo cách như vậy, các "vết lõm" sẽ dần tiến đến phía trước, tạo nên chuyển động liên tục. Nhờ vậy mà thiết bị có thể di chuyển được theo hướng ra xa nguồn sáng. Khi thiết bị này được đặt úp lại, các gợn sóng di chuyển theo chiều ngược lại, do đó, thiết bị sẽ di chuyển theo hướng lại gần nguồn sáng.

Video: Trình diễn thiết bị thử nghiệm với vật liệu mới.

Đồng thời, nhóm nghiên cứu này đã cố gắng để có thể tạo được hiện tượng như vậy trên các vật liệu "tinh thể lỏng" (tương tự như tinh thể lỏng được sử dụng trong màn hình LCD). Với nguyên tắc cơ bản vẫn dựa trên sự phản ứng nhanh nhạy của các biến thể nhạy sáng trong liên kết polymer tinh thể lỏng. Từ đó, tạo nên một dạng vật liệu khác nhưng có cách biến dạng khi được chiếu sáng trực tiếp và trở lại trạng thái bình thường ngay khi ngắt nguồn sáng như vậy.

Thật thú vị, khi chúng ta có thể tận mắt nhìn thấy kết quả của nghiên cứu này. Và hãy cùng chờ xem, họ sẽ ứng dụng vật liệu này như thế nào?