Благодаря способности изменять свою структуру под воздействием света, эти материалы поглощают энергию на 40% эффективнее, чем традиционные солнечные панели.
Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета штата Аризона разработали биомиметический многонаправленный трекер солнечной энергии, получивший название SunBOT. Эти миниатюрные конструкции, изготовленные из термочувствительного материала, способны изгибаться в сторону источников света для достижения максимальной эффективности поглощать.
Имитация реакций растений на солнечный свет является предметом исследований ученых на протяжении длительного времени. Такие быстрые ответы на ненаправленное и рассеянное освещение получили название настии. Ярким примером подобного поведения являются одуванчики: их соцветия-корзинки раскрываются при ярком свете и закрываются при его недостатке.
Имитация естественного поведения растений с помощью синтетических материалов оказалась не такой сложной задачей. Гораздо сложнее воссоздать фототропизм — изменение положения или направления роста растительных органов, обусловленное направлением света. Типичным проявлением фототропизма является движение соцветий подсолнечника, которые поворачиваются вслед за солнцем в течение дня.
Фототропизм, проявляемый материалом, сделал бы фотоэлектрические устройства более эффективными при использовании нестабильных источников энергии, позволяя им оптимизировать улавливание энергии. В статье, опубликованной в Nature Nanotechnology, по мнению ученых, разработан процесс создания искусственных микроподсолнухов, имитирующих поведение живых растений.
Для разработки технологии исследователи рассмотрели различные материалы, среди которых были гидрогель с частицами золота, светочувствительные полимерные волокна и жидкокристаллический эластомер, содержащий светопоглощающие красители. Из каждого материала были изготовлены нити длиной в несколько сантиметров и толщиной приблизительно в один миллиметр. Затем эти нити разместили на границе раздела воды и воздуха для оценки эффективности поглощения энергии по объему испаряющейся жидкости.
Микроподсолнухи демонстрировали реакцию на интенсивный лазерный луч, отклоняясь в направлении его источника. Полученные данные свидетельствуют о том, что система, использующая подобные фототропные элементы, обладает примерно в четыре раза большей эффективностью по сравнению с традиционной стационарной солнечной панелью.
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.