Chociaż wiele sztucznych materiałów ma zaawansowane właściwości, przed nimi długa droga, aby połączyć wszechstronność i funkcjonalność żywych materiałów, które można dostosować do ich sytuacji. Na przykład w ludzkim ciele kości i mięśnie nieustannie reorganizują swoją strukturę i skład, aby lepiej znosić zmieniającą się wagę i poziom aktywności.
Teraz naukowcy z Imperial College London i University College London zademonstrowali pierwsze spontanicznie samoorganizujące się urządzenie laserowe, które może rekonfigurować się w przypadku zmiany warunków.
Innowacja, o której doniesiono w Nature Physics, pomoże w opracowaniu inteligentnych materiałów fotonicznych zdolnych do lepszego naśladowania właściwości materii biologicznej, takich jak reaktywność, adaptacja, samoleczenie i zachowania zbiorowe.
Współautor, profesor Riccardo Sapienza z Wydziału Fizyki w Imperial, powiedział: „Lasery, które napędzają większość naszych technologii, są projektowane z materiałów krystalicznych, aby mieć precyzyjne i statyczne właściwości. Zadaliśmy sobie pytanie, czy moglibyśmy stworzyć laser z zdolność do łączenia struktury i funkcjonalności, rekonfiguracji i współpracy, tak jak robią to materiały biologiczne.
„Nasz system laserowy może się rekonfigurować i współpracować, umożliwiając w ten sposób pierwszy krok w kierunku emulacji stale ewoluującego związku między strukturą a funkcjonalnością typową dla żywych materiałów”.
Lasery to urządzenia, które wzmacniają światło w celu wytworzenia specjalnej formy światła. W eksperymencie zespołu samoorganizujące się lasery składały się z mikrocząstek rozproszonych w cieczy o wysokim “uzysku” – zdolności do wzmacniania światła. Gdy wystarczająca ilość tych mikrocząstek zbierze się razem, mogą wykorzystać energię zewnętrzną do “lasu” – wytworzenia światła laserowego.
Zastosowano zewnętrzny laser do podgrzania cząstki „Janus” (cząstki pokrytej z jednej strony materiałem pochłaniającym światło), wokół której gromadziły się mikrocząstki. Lasery tworzone przez te skupiska mikrocząstek można włączać i wyłączać, zmieniając intensywność zewnętrznego lasera, który z kolei kontroluje rozmiar i gęstość skupiska.
Zespół pokazał również, w jaki sposób klaster laserowy może być przenoszony w kosmos poprzez ogrzewanie różnych cząstek Janusa, demonstrując zdolność adaptacyjną systemu. Cząstki Janusa mogą również współpracować, tworząc klastry, które mają właściwości wykraczające poza proste dodanie dwóch klastrów, takie jak zmiana ich kształtu i zwiększenie mocy lasera.
Współautor, dr Giorgio Volpe, z Wydziału Chemii UCL, powiedział: „W dzisiejszych czasach lasery są oczywiście używane w medycynie, telekomunikacji, a także w produkcji przemysłowej. opracowanie wytrzymałych, autonomicznych i trwałych materiałów i urządzeń nowej generacji do zastosowań w czujnikach, niekonwencjonalnych obliczeniach, nowatorskich źródłach światła i wyświetlaczach”.
Następnie zespół zbada, jak poprawić autonomiczne zachowanie laserów, aby uczynić je jeszcze bardziej realistycznymi. Pierwsze zastosowanie tej technologii może dotyczyć nowej generacji elektronicznych atramentów do inteligentnych wyświetlaczy.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Imperial College w Londynie. Oryginał napisany przez Hayley Dunning. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.