I ricercatori della Tufts University School of Engineering hanno sviluppato compositi elastomerici magnetici che si muovono in modi diversi quando esposti alla luce, aumentando la possibilità che questi materiali possano consentire un'ampia gamma di prodotti che eseguono movimenti da semplici a complessi, da minuscoli motori e valvole a pannelli solari che si piegano verso la luce del sole. La ricerca è descritta in un articolo pubblicato oggi sul Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

In biologia, ci sono molti esempi in cui la luce induce movimento o cambiamento:pensa ai fiori e alle foglie che si volgono verso la luce del sole. I materiali azionati dalla luce creati in questo studio si basano sul principio della temperatura di Curie, la temperatura al di sopra della quale alcuni materiali cambiano le loro proprietà magnetiche. Riscaldando e raffreddando un materiale magnetico, si può accendere e spegnere il suo magnetismo. I biopolimeri e gli elastomeri drogati con CrO2 ferromagnetico si surriscaldano se esposti al laser o alla luce solare, perdendo temporaneamente le loro proprietà magnetiche fino a quando non si raffreddano di nuovo. I movimenti di base del materiale, plasmato in film, spugne, e idrogel, sono indotti da permanenti o elettromagneti vicini e possono manifestarsi come flessione, torsione, ed espansione.

"Potremmo combinare questi semplici movimenti in movimenti più complessi, come strisciare, a piedi, o nuotare, " disse Fiorenzo Omenetto, dottorato di ricerca, autore corrispondente dello studio e Frank C. Doble Professor of Engineering presso la School of Engineering di Tufts. "E questi movimenti possono essere attivati ​​e controllati in modalità wireless, usando la luce."

Il team di Omenetto ha dimostrato alcuni di questi movimenti complessi costruendo pinze morbide che catturano e rilasciano oggetti in risposta all'illuminazione della luce. "Uno dei vantaggi di questi materiali è che possiamo attivare selettivamente porzioni di una struttura e controllarle usando luce localizzata o focalizzata, " disse Meng Li, il primo autore del saggio, "E a differenza di altri materiali azionati dalla luce a base di cristalli liquidi, questi materiali possono essere modellati per muoversi verso, o lontano dalla direzione della luce. Tutte queste caratteristiche si sommano alla capacità di creare oggetti grandi e piccoli con complessi, movimenti coordinati”.

Per dimostrare questa versatilità, i ricercatori hanno costruito un semplice "motore Curie". Un film azionato dalla luce è stato modellato in un anello e montato su un perno dell'ago. Posto vicino a un magnete permanente, quando un laser è stato focalizzato su un punto fisso sull'anello, smagnetizza localmente quella porzione dell'anello, creando una forza netta sbilanciata che fa girare l'anello. mentre gira, lo spot smagnetizzato riacquista la sua magnetizzazione e un nuovo spot viene illuminato e smagnetizzato, facendo girare continuamente il motore.

I materiali utilizzati per creare i materiali azionati dalla luce includono il polidimetilsolossano (PDMS), che è un elastomero trasparente ampiamente utilizzato spesso modellato in film flessibili, e fibroina di seta, che è un materiale biocompatibile versatile con eccellenti proprietà ottiche che può essere modellato in un'ampia gamma di forme, dai film ai gel, fili, blocchi e spugne.

"Con un modello di materiale aggiuntivo, pattern di luce e controllo del campo magnetico, potremmo teoricamente realizzare movimenti ancora più complicati e calibrati, come piegare e aprire, commutazione della valvola microfluidica, motori di dimensioni micro e nano e altro ancora, " disse Omenetto.