La chiave per il futuro della robotica potrebbe nascondersi nei cristalli liquidi

I robot e le fotocamere del futuro potrebbero essere realizzati con cristalli liquidi, grazie a una nuova scoperta che espande notevolmente le possibilità delle sostanze chimiche già comuni negli schermi dei computer e negli orologi digitali.

I risultati, un modo semplice ed economico per manipolare le proprietà molecolari dei cristalli liquidi con l’esposizione alla luce, sono ora disponibili Pubblicato in Materiale avanzato.

“Con il nostro metodo, qualsiasi laboratorio dotato di un microscopio e di una serie di lenti può organizzare l'allineamento dei cristalli liquidi in qualsiasi modello desideri”, ha affermato l'autore Alvin Modine, un ricercatore dottorato che studia fisica alla Johns Hopkins University. “È probabile che un giorno i laboratori e i produttori adotteranno questo metodo”.

Le molecole dei cristalli liquidi scorrono come un liquido, ma hanno una direzione comune come nei solidi, e questa direzione può cambiare in risposta agli stimoli. Sono utili nei display LCD, negli strumenti di imaging biomedico e in altri dispositivi che richiedono un controllo preciso della luce e movimenti precisi. Ma controllare l’allineamento di questi elementi in tre dimensioni richiede tecniche costose e complesse, ha affermato Modine.

Il team comprende un professore di fisica della Johns Hopkins University Robert Leheny E assistente professore di ricerca Francesca SerraHanno scoperto che potevano manipolare l'orientamento tridimensionale dei cristalli liquidi controllando l'esposizione alla luce di un materiale fotosensibile depositato sul vetro.

Hanno proiettato luce polarizzata e non polarizzata sui cristalli liquidi attraverso un microscopio. Nella luce polarizzata, le onde luminose oscillano in direzioni specifiche anziché casualmente in tutte le direzioni, come nella luce non polarizzata. Il team ha utilizzato questo metodo per creare una lente microscopica di cristalli liquidi in grado di focalizzare la luce a seconda della polarizzazione della luce che la attraversa.

Innanzitutto, il team ha inviato luce polarizzata per allineare i cristalli liquidi sulla superficie. Hanno quindi utilizzato la luce normale per reindirizzare i cristalli liquidi verso l’alto da quel livello. Ciò ha permesso loro di controllare l’orientamento di due tipi comuni di cristalli liquidi e di creare modelli con caratteristiche delle dimensioni di pochi micrometri, una frazione dello spessore di un capello umano.

Serra, anche lui partecipante, ha affermato che i risultati potrebbero portare alla creazione di strumenti programmabili che cambiano forma in risposta agli stimoli, come quelli richiesti nei robot morbidi, simili alla gomma, per manipolare oggetti e ambienti complessi o obiettivi fotografici che si mettono a fuoco automaticamente a seconda condizioni di illuminazione. Professore presso l'Università della Danimarca meridionale.

“Se volessi creare una forma 3D arbitraria, come un braccio o una pinza, dovrei allineare i cristalli liquidi in modo che quando sono sottoposti a uno stimolo, il materiale si ristruttura automaticamente in quelle forme”, ha detto Serra. “L’informazione mancante fino ad ora riguardava come controllare questo asse 3D per allineare i cristalli liquidi, ma ora abbiamo un modo per renderlo possibile”.

Gli scienziati stanno lavorando per ottenere un brevetto per la loro scoperta e intendono effettuare ulteriori test utilizzando diversi tipi di molecole di cristalli liquidi e polimeri solidi realizzati con queste molecole.

“Non era possibile provare alcuni tipi di strutture prima perché non avevamo il giusto controllo sull'allineamento 3D dei cristalli liquidi”, ha detto Serra. “Ma lo facciamo ora, quindi trovare una struttura intelligente da costruire in questo modo, utilizzando diversi allineamenti 3D di cristalli liquidi, è solo frutto della nostra immaginazione”.

Il finanziamento è stato fornito dalla US National Science Foundation (DMR-2104747) e dalla US-Israel Science Foundation BSF Bilateral Grant n. n.2018380.