Ученые создали крохотные искусственные подсолнухи

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета штата Аризона создали биомиметический многонаправленный трекер солнечной энергии, или просто SunBOT. Эти крохотные структуры из термочувствительного материала способны сгибаться в направлении источников световой энергии, чтобы максимально эффективно ее поглощать.

Ученые уже давно работают над имитацией реакций растений на солнечный свет. Быстрые реакции подобного рода, которые возникают в ответ на ненаправленное и рассеянное освещение, называются настиями. Пример подобного поведения можно увидеть у одуванчиков: их соцветия-корзинки раскрываются при ярком освещении и закрываются, когда света становится меньше.

Сымитировать настии растений при помощи синтетических материалов оказалось не так уж сложно. Куда труднее воспроизвести фототропизм — изменение положения или направления роста органов растений в зависимости от направления светового потока. Классический пример фототропизма — движение соцветий подсолнечника за солнцем в течение дня.

Материал, который может проявлять фототропизм, был бы чрезвычайно полезен при создании фотоэлектрических устройств, чтобы они могли максимально эффективно улавливать энергию от нестационарного источника. В статье, опубликованной в Nature Nanotechnology, ученые описали процесс создания искусственных микроподсолнухов, которые ведут себя подобно настоящим растениям.

Исследователи перебрали несколько видов материалов для создания своей технологии, включая гидрогель с частицами золота, волокна светочувствительного полимера и жидкокристаллический эластомер со светопоглощающими красителями. Из каждого материала сформировали нити длиной несколько сантиметров и толщиной около миллиметра, а затем поместили их на границе раздела воды и воздуха, чтобы по количеству испаряемой жидкости определить эффективность поглощения энергии.

Такие микроподсолнухи реагировали на сконцентрированный лазерный луч, изгибаясь в сторону источника излучения. Измерения пара показали, что система, состоящая из таких фототропических элементов, примерно в четыре раза эффективнее, чем классическая неподвижная солнечная панель.

Искусственные подсолнухи SunBOT пригодятся не только в солнечной энергетике. Фототропические элементы можно использовать для создания адаптивных приемников оптических сигналов, «умных» окон, солнечных парусов для космических кораблей, оптических систем наведения и роботизированных медицинских систем.