Dodano: 20 luty 2020r.

Badacze z UW zaprezentowali milimetrowy silnik obrotowy napędzany wiązką światła

Polscy badacze wraz z kolegami z Chin opracowali kilkumilimetrowy silnik zasilany światłem. Malutki silnik obrotowy to polimerowy pierścień napędzany i sterowany przy pomocy wiązki lasera. Może on obracać się i wykonywać pracę np. obracając inny element osadzony na tej samej osi.

rotor mikrosilnika o średnicy 5,5 mm

 

Za wynalazkiem stoją naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Instytutu Fizyki Technicznej Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie, Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk w Zabrzu oraz z Wydziału Matematyki Uniwersytetu w Suzhou w Chinach. Opis prac nad milimetrowym silnikiem obrotowym napędzanym światłem został opublikowany na łamach pisma „ACS Applied Materials & Interfaces”.

Ciekłokrystaliczne elastomery

Jak czytamy w komunikacie, który ukazał się na stronach Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, nasza cywilizacja jest napędzana ruchem obrotowym, choć ten w przyrodzie jest rzadko spotykany. Silniki obrotowe przez nas tworzone składają się przeważnie z wielu elementów, co utrudnia ich miniaturyzację. Dlatego badacze zwrócili się ku ciekłokrystalicznym elastomerom (liquid crystal elastomer - LCE) – materiałom, które pozwalają na konstrukcję małych, ruchomych urządzeń.

"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” - czytamy w publikacji na stronach internetowych Wydziału Fizyki UW.

Naukowcy zajmujący się badaniami tych materiałów skupiają się przede wszystkim na projektowaniu kształtu i sposobu odkształcania (skracanie, zginanie) elementów zbudowanych ze światłoczułych elastomerów. W tym przypadku rotor silnika, który ma kształt pierścienia o średnicy 5 milimetrów i w który trafia wiązka lasera, obraca się dzięki wędrującej deformacji miękkiego materiału. Projektując odpowiednią orientację cząsteczek elastomeru można zapewnić stabilną pracę mikrosilnika albo zwiększyć jego prędkość obrotową.

Inteligentne materiały przyszłości

- 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. 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 – powiedziała cytowana w komunikacie dr inż. Klaudia Dradrach z Pracowni Nanostruktur Fotonicznych.

W badaniach wzięli udział doktoranci z Wydziału Fizyki UW m.in. Mikołaj Rogóż i Przemysław Grabowski. Badacze ci w ubiegłym roku zademonstrowali napędzanego światłem robota-ślimaka, poruszającego się tak, jak jego żywe odpowiedniki (więcej na ten temat w tekście: Robot-ślimak napędzany światłem skonstruowany przez warszawskich naukowców). Są przekonani, że nowe inteligentne materiały w połączeniu z nowatorskimi metodami wytwarzania miniaturowych elementów pozwolą 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.

 

Źródło: UW, fot. Wydział Fizyki UW/ Piotr Wasylczyk