Wereldprimeur: nieuwe kunststof gaat aan de wandel als er licht op geschenen wordt

Wetenschappers van TU Eindhoven en Kent State University hebben een materiaal ontwikkeld dat onder invloed van licht gaat golven en zich zo kan voortbewegen. Ze klemden hiervoor een strookje van dit nieuwe polymeer in een rechthoekig framepje, en bij belichting gaat dit geheel vanzelf aan de wandel. Dit apparaatje, met de afmeting van een paperclip, is ’s werelds eerste wandelmachientje dat licht direct omzet in voortbeweging, simpelweg aangedreven door één vaste lichtbron. De onderzoekers publiceren op 29 juni hierover in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

De maximum 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 mogelijk kunnen dienen voor transport van kleine objecten in moeilijk bereikbare plaatsen en voor het schoonhouden van oppervlakten zoals zonnecellen. Dit laatstgenoemde demonstreren ze door zandkorrels op het strookje te leggen, die vervolgens door de golvende beweging ervan worden afgevoerd. Het mechanisme is zo krachtig, dat het strookje een object dat veel groter en zwaarder is, heuvelop kan transporteren.

Schaduw
Het nieuwe materiaal dankt zijn beweeglijkheid aan het feit dat, onder invloed van licht, de ene kant ervan krimpt en de andere 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 framepje 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 liquid crystal displays; 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.

Het artikel in Nature 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.