Utilizzando la luce UV, hanno deciso di piegare un particolare tipo di cristalli di 2,4-dinitroanisolo, scelti per il loro elevato coefficiente di dilatazione termica. La lunghezza d'onda UV selezionata corrisponde a un picco di assorbimento nel materiale, con conseguente riscaldamento.
Un'attenta osservazione ha rivelato un movimento complicato quando l'UV è stato attivato (o disattivato) improvvisamente, che si è rivelato essere un aumento (o una diminuzione) esponenziale fino a una curvatura di 1.2° su 100 ms e, sovrapposto a quello, uno squillo meccanico di ~ ± 0.05° a la frequenza di risonanza meccanica di 390Hz del cristallo.
"Abbiamo scoperto fortuitamente vibrazioni naturali veloci e piccole indotte dall'effetto fototermico", ha detto lo scienziato di Waseda Hideko Koshima. "Inoltre, abbiamo ottenuto un'elevata velocità e un'ampia flessione grazie alla risonanza fototermica della vibrazione naturale".
Il team ha quindi sfruttato questa scoperta di una contrazione rapida per ottenere più movimento, facendo pulsare l'UV alla frequenza di risonanza - immagine a sinistra, cristallo lungo 6 mm e spesso 0.15 mm con stimolazione estesa a 390 Hz.
La modellazione matematica dettagliata ha rivelato che si tratta di un effetto puramente termico, quindi ampiamente applicabile ad altri materiali, e che è efficiente nel convertire l'energia ottica in energia meccanica.
"I nostri risultati mostrano che qualsiasi cristallo che assorbe la luce può esibire un'attuazione versatile e ad alta velocità attraverso vibrazioni naturali risonanti", ha affermato Koshima. "Questo può aprire le porte alle applicazioni dei cristalli fototermici, portando alla fine a robot morbidi reali con capacità di attuazione ad alta velocità".
Il lavoro è descritto in "Vibrazione naturale indotta da fototermia per l'attuazione versatile e ad alta velocità dei cristalli", pubblicata su Nature Communications.
Il documento completo è disponibile per la lettura senza pagamento e vale la pena dare un'occhiata se non altro per vedere con quanta precisione la matematica corrisponde alle misurazioni.
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