Des chercheurs de la Tufts University School of Engineering ont créé des dispositifs composites activés par la lumière capables d'exécuter des mouvements visibles et forment des formes tridimensionnelles complexes sans avoir besoin de fils ou d'autres matériaux d'actionnement ou de sources d'énergie. La conception combine des cristaux photoniques programmables avec un composite élastomère qui peut être conçu à l'échelle macro et nano pour répondre à l'éclairage.

La recherche ouvre de nouvelles voies pour le développement de systèmes intelligents alimentés par la lumière, tels que les systèmes à haute efficacité, des cellules solaires à alignement automatique qui suivent automatiquement la direction et l'angle de la lumière du soleil, des vannes microfluidiques actionnées par la lumière ou des robots souples qui se déplacent avec la lumière à la demande. Un "tournesol photonique, " dont les pétales s'enroulent vers et loin de l'illumination et qui suivent le chemin et l'angle de la lumière, démontre la technologie dans un article qui paraît le 12 mars, 2021 en Communication Nature .

La couleur résulte de l'absorption et de la réflexion de la lumière. Derrière chaque éclair d'une aile de papillon irisée ou d'une pierre précieuse opale se cachent des interactions complexes dans lesquelles des cristaux photoniques naturels intégrés dans l'aile ou la pierre absorbent la lumière de fréquences spécifiques et en reflètent d'autres. L'angle auquel la lumière rencontre la surface cristalline peut affecter les longueurs d'onde absorbées et la chaleur générée à partir de cette énergie absorbée.

Le matériau photonique conçu par l'équipe Tufts réunit deux couches :un film de type opale fait de fibroïne de soie dopée avec des nanoparticules d'or (AuNPs), former des cristaux photoniques, et un substrat sous-jacent de polydiméthylsiloxane (PDMS), un polymère à base de silicium. En plus d'une flexibilité remarquable, durabilité, et propriétés optiques, la fibroïne de soie est inhabituelle en ce qu'elle a un coefficient de dilatation thermique (CTE) négatif, ce qui signifie qu'il se contracte lorsqu'il est chauffé et se dilate lorsqu'il est refroidi. PDMS, en revanche, a un CTE élevé et se dilate rapidement lorsqu'il est chauffé. Par conséquent, lorsque le nouveau matériau est exposé à la lumière, une couche chauffe beaucoup plus rapidement que l'autre, de sorte que le matériau se plie lorsqu'un côté se dilate et que l'autre se contracte ou se dilate plus lentement.