17 feb. 1999
3 minuten
Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven tonen voor het eerst aan dat twee plastic films met elkaar kunnen communiceren via een stuk plastic dat uit hetzelfde materiaal bestaat – ze oscilleren in fase en tegenfase tijdens belichting. Deze gekoppelde beweging en vervorming is relevant voor de ontwikkeling van ‘soft robotics’.
De resultaten zijn ge[ubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.
Volgens de overlevering lag Christiaan Huygens in 1665 eens ziek in bed toen hij het slingeren van twee slingerklokken observeerde. Ze waren naast elkaar gemonteerd op een bovenop twee stoelen liggende houten balk. Tot zijn verbazing merkte hij dat de twee slingers vaak in perfecte harmonie naar elkaar toe en van elkaar af slingerden.
Dat was de eerste waarneming van synchronisatie – de toestand waarin twee of meer gebeurtenissen op hetzelfde moment plaatsvinden – van paren bewegende slingers. Sindsdien is synchronisatie overal in de natuur waargenomen: van de regelmaat van het slaap-waakritme tot het synchroon afgaan van pacemaker-cellen die de regelmatige impuls geven voor het kloppen van ons hart.
Eindhovense versie van het beroemde experiment
Het verhaal gaat nu verder in de laboratoria van de TU/e. Een team onder leiding van Dick Broer laat zien dat niet alleen metronomen en slingerklokken hun slingers kunnen synchroniseren, maar plastics net zo. In de moderne, Eindhovense versie van het beroemde experiment zijn de oscillatoren flexibele plastic films die in een slingerende beweging worden gebracht met behulp van gefocust UV-licht van een Led-lamp. Het plastic bestaat uit een georganiseerd geheel van moleculen, met elkaar verbonden in hun vloeibare kristaltoestand, zoals ook het geval is in onze lcd-schermen en televisies.
De UV-straling verhit de dunne film en de resulterende spanning buigt de film op de plaats van de lichtspot. De film begint te trillen als gevolg van zijn eigen schaduw: de film buigt tot de punt het licht blokkeert en het scharnier in de schaduw komt. Het scharnier, nu in de schaduw, koelt af en de film buigt weer. Vervolgens treft de lichtbundel de film weer op dezelfde plaats en hierdoor buigt de film weer.
Deze opeenvolgende gebeurtenissen zorgen voor de oscillaties. In zekere zin is dit hetzelfde als bij een kinderschommel die telkens wordt geduwd als deze weer bij de ouder komt. In dit geval is de ouder vervangen door de Led-lamp. De frequentie van de schommel is constant en goed gedefinieerd door de afmetingen van de schommel en de mechanische eigenschappen ervan.
Nieuwe robotsystemen
Wanneer nu, net als in het experiment van Huygens, twee van deze plastic schommels verbonden zijn door een plastic film van hetzelfde materiaal, raken hun schommelbewegingen, hoewel aanvankelijk willekeurig en onafhankelijk van elkaar, gekoppeld en gesynchroniseerd.
De synchronisatie kan zowel in fase als in tegenfase zijn of kan zelfs complexere vormen aannemen. Nieuw in deze versie is dat de slingers gemaakt zijn van flexibele, buigzame kunststof en dat het slingeren wordt geïnitieerd en in stand gehouden door een lichtbron.
De bevindingen tonen aan dat twee plastic films met elkaar kunnen communiceren via een stuk plastic dat uit hetzelfde materiaal bestaat. Gekoppelde beweging is relevant voor de ontwikkeling van ‘soft robotics’, robots die zijn gemaakt van zachte en buigzame materialen, en die mogelijk kunnen worden gebruikt in bijvoorbeeld de geneeskunde. Zij kunnen functies uitvoeren zoals zichzelf transporteren door gesynchroniseerd te schoppen, gecoördineerde acties uitvoeren zoals het vastgrijpen en loslaten van voorwerpen, en een reeks collectieve acties uitvoeren die worden geïnitieerd door een enkele externe of interne trigger.
Anderen lazen ook
