Группой ученых, был разработан новый материал, который меняет свое электрическое поведение на основе предыдущего опыта, что является базовой формой адаптивной памяти. Такие адаптивные материалы могут сыграть жизненно важную роль в следующем поколении медицинских и экологических датчиков, а также в мягких роботах или активных поверхностях. Прорыв был достигнут исследователями из Университета Аалто в Финляндии.
Отзывчивые материалы стали широко применяться в самых разных областях: от очков, которые темнеют на солнце, до систем доставки лекарств. Однако существующие материалы каждый раз реагируют одинаково. Их реакция на изменение не зависит от их истории, и они не адаптируются на основе своего прошлого. Это принципиально отличается от живых систем, которые динамически адаптируют свое поведение на основе предыдущих условий.
Бо Пэн, научный сотрудник Академии Университета Аалто, который был одним из старших авторов этого исследования, комментируя работу, говорит следующее:
Одной из следующих больших задач в материаловедении является разработка действительно умных материалов, вдохновленных живыми организмами. Мы хотели разработать материал, поведение которого регулировалось бы в зависимости от его истории.
Исследователи синтезировали магнитные шарики микрометрового размера, которые затем стимулировались магнитным полем. Когда магнит был включен, бусины складывались в столбики. Сила магнитного поля влияет на форму столбов, что, в свою очередь, влияет на то, насколько хорошо они проводят электричество.
Как объясняют авторы, они в этой системе объединили воздействие магнитного поля и электрический отклик. По их данным, электропроводность зависит от того, быстро или медленно они меняют магнитное поле. Это означает, что электрический отклик зависит от истории магнитного поля. Электрическое поведение также было различным, если магнитное поле увеличивалось или уменьшалось. Ответ показал бистабильность, которая является элементарной формой памяти. Материал ведет себя так, как будто у него есть память о магнитном поле.
Память системы также позволяет ей вести себя так, что это напоминает рудиментарное обучение. Хотя обучение живых организмов чрезвычайно сложно, у животных его основным элементом является изменение реакции связей между нейронами, известных как синапсы. В зависимости от того, как часто они стимулируются, активировать синапсы в нейроне становится труднее или легче. Это изменение, известное как кратковременная синаптическая пластичность, делает связь между парой нейронов сильнее или слабее в зависимости от их недавней истории.
Исследователи смогли добиться чего-то подобного с помощью своих магнитных шариков, хотя механизм у них совершенно другой. Когда они подвергли шарики быстро пульсирующему магнитному полю, материал стал лучше проводить электричество, в то время как более медленная пульсация ухудшала его проводимость.
Это напоминает кратковременную синаптическую пластичность. Материал немного похож на синапс, и то, что продемонстрировали ученые в своей работе, прокладывает путь к следующему поколению вдохновленных жизнью материалов, которые будут основываться на биологических процессах адаптации, памяти и обучения.
В будущем может появиться еще больше материалов, алгоритмически вдохновленных жизненными свойствами, хотя они не будут включать в себя всю сложность биологических систем. Такие материалы будут иметь центральное значение для следующего поколения мягких роботов, а также для медицинского и экологического мониторинга.
