Så hur i hela världen lär man en plastbit reagera på ljus?
Forskningsarbetet som det hela härrör från har också presenterats i en artikel i tidskriften Matter, en artikel som lyckligtvis är tillgänglig gratis (kudos!). I artikeln framgår det att plastbiten är något som kallas ett "liquid crystal polymer network", alltså ett nätverk av vätskekristaller och andra polymerer. Polymerer är långa molekyler som består av mindre, identiska bitar som upprepar sig - cellulosa till exempel är en polymer som består av långa kedjor av identiska druvsockermolekyler (glukos). Plastmaterial är i regel polymerer, som polyeten (långa kedjor av etenmolekyler) och polystyren (långa kedjor av styrenmolekyler - "poly" betyder, här som på andra områden, "flera" eller "många").
Vätskekristaller är också långa molekyler, vissa av dem är även polymerer. Det speciella med dem är att de beter sig lite som en vätska, t.ex. att de kan flöda från en behållare till en annan och ändra form, och lite som det forskare menar när de talar om kristaller, d.v.s. att de atomer och molekyler som ingår är arrangerade i regelbundna mönster. Vätskekristaller har en hel rad intressanta egenskaper, här på bloggen har vi t.ex. tidigare skrivit om deras optiska egenskaper och vilka konsekvenser det kan få för lidarsensorer.
Det finns många tidigare studier som visar på hur man binda ihop ett polymernätverk, som ger struktur och stadga, med vätskekristall-molekyler (det finns t.ex. en översiktsartikel här, men den är rätt teknisk). Detta kan till exempel leda till material som böjer sig på ett bestämt sätt när det blir varmt. Det beror på att de annars så välordnade vätskekristallmolekylerna hamnar i oordning när temperaturen ökar. Om de från början ligger som i en rad kan de ta upp mindre plats när de hamnar i oordning, så den delen av materialet drar ihop sig. Om de istället ligger bredvid varandra tar de upp mer plats när de hamnar i oordning, och materialet expanderar. Materialet som används i artikeln har vätskekristaller liggade i rader på ena sidan och vätskekristaller bredvid varandra på den andra, så medan den ena sidan drar ihop sig expanderar den andra. Det gör att materialet börjer sig kraftigt åt ena hållet när det värms upp.
Så redan från början har vi alltså ett plastmaterial som böjs på ett visst sätt när det blir ordentligt varmt. Hur har man då fått det att reagera på ljus istället? I artikeln skriver forskarna att de på ena sidan av plastbiten placerade ett färgämne som absorberar ljus av en viss våglängd. Det absorberade ljuset gör att färgämnet värms upp och avger värme till plastmaterialet, men när det bara ligger i ett skikt på ytan av materialet blir temperaturökningen inte tillräckligt stor för att böja plastmaterialet. Istället utsatte forskara materialet för både ljus och värme samtidigt. Värmen ledde både till att plasten böjde sig och till att färgämnet började sprida sig in i plasten. Ju längre in i plasten färgämnet kom desto mer effektivt kunde plastmaterialet ta upp värmen som färgämnet avgav, vilket ytterligare ökade temperaturen i plasten. När färgämnet till sist var utspritt i hela plastbiten var värmeöverföringen så effektiv att när materialet hade svalnat och rätats ut igen räckte det att bara lysa på materialet för att det skulle bli tillräckligt varmt för att böja sig.
Så på vilket sätt innebär det här att man har lärt plastbiten något? Forskarna själva jämför processen med betingning och drar paralleller till Pavlovs hundar. Pavlovs experiment på hundar visade att hundarna, som normalt började dregla när de fick mat, också kunde fås att börja dregla när man ringde i en klocka, förutsatt att man först flera gånger ringde i klockan samtidigt som hundarna fick mat. Forskarna jämställer här värmen som får plastbiten att böja sig med maten, ljuset med klockan och den samtidiga exponeringen med betingningsfasen.
De medger också själva att jämförelsen haltar en hel del och att plastbiten är ett oerhört mycket enklare system. En viktig skillnad är att Pavlovs hundar reagerade även i total frånvaro av mat, medan plastbiten egentligen inte böjs i avsaknad av värme - värmen tillförs bara genom en annan mekanism. En annan skillnad är att plastbiten inte spontant kan "glömma" sin "betingning" - färgämnet sitter där det sitter. Man hade också lika gärna kunnat hoppa över "betingningen" och introducera färgämnet när man tillverkade plasten, eller få det att sprida sig i plasten bara genom att hetta upp alltihop (d.v.s. utan att exponera det för både ljus och värme samtidigt) och få samma effekt. Om det här egentligen kan beskrivas som en form av betingning, och därmed inlärning, är därför högst tveksamt. Kanske kan den här forskningen ge upphov till en enkel modell för inlärning i material, men det är väldigt långt kvar till en levande organisms nivå.
