Tufts University School of Engineering'den araştırmacılar manyetik elastomerik kompozitler geliştirerek ışığa maruz bırakıldıklarında farklı yönlerde hareket etmelerini sağladı.

Araştırmacılar mini motorlar ve valflerden, büyük güneş enerjisi santral ağlarına kadar ışığa doğru dönmesini veya ışık yönünde hareket etmesini sağlayabilecekleri basitten karmaşığa bir takım hareketleri gerçekleştirebilecek malzemelerin üretilebilmesinin mümkün olduğunu göstermiş oldu. Araştırmanın detayları ve bulguları Proceedings of the National Academy of Sciences'da yayımlandı.

Biyolojide, ışığın hareket ve değişime yol açtığı birçok örneği gözlemliyor ve biliyoruz. Fototaksi olarak bilinen bu hareket tipinin en büyük ölçekli ve bilinen örneği ise günebakan bitkisidir. Işık, bu çalışmada üretilen malzemeyi Curie sıcaklığı ilkesine dayanarak hareket ettirilmelerini sağladı. Curie sıcaklığı ise, üzerine çıkıldığında maddelerin kendi manyetik özelliklerini değiştirdikleri limit sıcaklık olarak düşünülebilir.

Dolayısıyla,  Curie sıcaklığının ne olduğu bilinen bir maddenin manyetikliğinin açık veya kapalı konuma getirilmesi oldukça kolay olacaktır. Ferromanyetik CrO2 ile katkı yapılarak üretilmiş olan biyopolimerler ve elastomerler, lazer ve günışığına maruz bırakıldıklarında ısınarak manyetik özelliklerini kaybederek, tekrar soğuyana kadar manyetik olarak kapalı konumda kalıyorlar.

Filmler, süngerler ve hidrojeller haline getirilen malzemenin kendine has özellikleri oluyor ve manyetik etki altında iken genişleyebiliyor, dönebiliyor veya herhangi bir yöne doğru bükülebiliyor.

Araştırmanın yazarlarından Fiorenzo Omenetto, bu basit hareketleri; yüzme, yürüme ve sürünme veya kıvrılma gibi daha karmaşık hareketlere çevirebildiklerini belirtiyor. Üstelik bu hareketler uzaktan kablosuz olarak yalnızca ışık ile tetiklenebiliyor.

Omenetto ve ekibi ışık ile aydınlatıldığında bu karmaşık hareketleri kullanarak nesneleri kavrayıp bırakabilen yumuşak tutamaçlar üretti. Lokalize ve odaklanmış ışığın seçici olarak bir yapının farklı porsiyonları hareket ettirebileceği gösterilmiş oldu.

Araştırmacılar keşiflerinin çok yönlülüğünü ve işlevlerini tenkit edebilmek için basit bir Curie motoru yaptı. Işık ile harekete geçirilebilen malzemeden yüzük şeklinde bir parça yapılarak iğne arkasına yerleştirildi.

Magnet kenarına koyulan madde lazer ile yüzüğün belirlenmiş bir yerinden ışığa maruz bırakıldı ve bu lokalize olarak yüzüğün o porsiyonunu demanyetize etti. Bu da yüzüğün dönmesini ve hareket etmesini sağladı. Yüzük döndükçe farklı bir bölgesi lazer ile vurulabildiğinden farklı bir bölgesi demanyetize olan mini motor sürekli olarak dönmeye devam etti.

Polidimetilsoloksan -polydimethylsoloxane (PDMS)- olarak bilinen ve esnek filmlerin, ipek fibroinlerin üretiminde kullanılan çok yönlü, biyo-uyumlu ve de mükemmele yakın optik özellikleri olan saydam bir elastomer bu malzemelerin üretilmesinde de kullanıldı. Yine elastomerik olması bu malzeme ile üretilecek materyallerin kolay bir şekilde istenilen forma girmesini de sağlıyor.

Malzeme kalıp ve üretiminde yapılacak değişimler, ışık şiddet ve kalıplarında yapılacak değişimler ve manyetik alanın kontrol edilmesi ile oldukça karmaşık ve iyi hesaplanmış amaca yönelik -örneğin nano-valflerin mikro-sıvılar içinde hareketlerinin sağlanması gibi- nano ve daha büyük ölçekte hareketler sağlanabilecek.