Lấy cảm hứng từ các hệ thống sống, các nhà nghiên cứu tại Đại học Aalto đã phát triển một vật liệu mới thay đổi hành vi của nó dựa trên kinh nghiệm trước đó, mang lại cho nó một dạng bộ nhớ thích ứng cơ bản một cách hiệu quả.
Những vật liệu thích ứng như vậy có thể đóng một vai trò quan trọng trong thế hệ tiếp theo của các cảm biến y tế và môi trường, cũng như trong rô-bốt mềm hoặc các bề mặt hoạt động.
>> Tham khảo: Công nghệ mới trên chip tạo ra các xung cực nhanh.
Các vật liệu đáp ứng đã trở nên phổ biến trong nhiều ứng dụng, từ kính làm tối màu dưới ánh sáng mặt trời đến hệ thống phân phối thuốc.
Nhưng các vật liệu hiện có luôn phản ứng theo cùng một cách — phản ứng của chúng đối với sự thay đổi không phụ thuộc vào lịch sử của chúng, cũng như không thích ứng dựa trên quá khứ của chúng.
Điều này về cơ bản khác với các hệ thống sống, vốn tự động điều chỉnh hành vi của chúng dựa trên các điều kiện trước đó. ‘Một trong những thách thức lớn tiếp theo trong khoa học vật liệu là phát triển các vật liệu thực sự thông minh lấy cảm hứng từ các sinh vật sống.
Chúng tôi muốn phát triển một loại vật liệu có thể điều chỉnh hành vi của nó dựa trên lịch sử của nó’, Bo Peng, Nghiên cứu viên Học viện tại Đại học Aalto, một trong những tác giả chính của nghiên cứu này cho biết.
>> Tham khảo: Các phân tử thay đổi phản ứng dưới ánh sáng phân cực.
Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp các hạt từ tính có kích thước micromet, sau đó được kích thích bởi từ trường. Khi nam châm hoạt động, các hạt xếp chồng lên nhau tạo thành những cột trụ. Cường độ của từ trường ảnh hưởng đến hình dạng của các cột, từ đó ảnh hưởng đến mức độ dẫn điện của chúng.
‘Với hệ thống này, chúng tôi kết hợp kích thích từ trường và phản ứng điện. Thật thú vị, chúng tôi thấy rằng độ dẫn điện phụ thuộc vào việc chúng ta thay đổi từ trường nhanh hay chậm. Điều đó có nghĩa là phản ứng điện phụ thuộc vào lịch sử của từ trường.
Hành vi điện cũng khác nhau nếu từ trường tăng hoặc giảm. Câu trả lời cho thấy tính ổn định, là một dạng cơ bản của bộ nhớ. Peng giải thích rằng vật liệu này hoạt động như thể nó có một bộ nhớ về từ trường.
>> Tham khảo: Thảm thực vật ở Bắc Cực có tác động lớn đến sự nóng lên.
Bộ nhớ của hệ thống cũng cho phép nó hoạt động theo cách tương tự như học tập thô sơ. Mặc dù quá trình học tập ở các sinh vật sống vô cùng phức tạp, nhưng yếu tố cơ bản nhất của nó ở động vật là sự thay đổi trong phản ứng của các kết nối giữa các tế bào thần kinh, được gọi là khớp thần kinh.
Tùy thuộc vào tần suất chúng được kích thích, các khớp thần kinh trong tế bào thần kinh sẽ trở nên khó kích hoạt hơn hoặc dễ dàng hơn. Sự thay đổi này, được gọi là độ dẻo của khớp thần kinh ngắn hạn, làm cho kết nối giữa một cặp tế bào thần kinh mạnh hơn hoặc yếu hơn tùy thuộc vào lịch sử gần đây của chúng.
Các nhà nghiên cứu đã có thể đạt được điều gì đó tương tự với các hạt từ tính của họ, mặc dù cơ chế hoàn toàn khác. Khi họ cho các hạt tiếp xúc với từ trường xung nhanh, vật liệu này dẫn điện tốt hơn, trong khi xung chậm hơn khiến nó dẫn điện kém.
Giáo sư Olli Ikkala của Aalto cho biết: “Điều này gợi nhớ đến tính dẻo của khớp thần kinh trong thời gian ngắn. ‘Vật liệu của chúng tôi hoạt động hơi giống khớp thần kinh. Những gì chúng tôi đã chứng minh mở đường cho thế hệ vật liệu lấy cảm hứng từ cuộc sống tiếp theo, sẽ dựa trên quá trình thích nghi, ghi nhớ và học tập sinh học.’
>> Tham khảo: Phương pháp dễ dàng và rẻ tiền để liên kết các phân tử khác với trình tự DNA.
‘Trong tương lai, thậm chí có thể có nhiều vật liệu hơn được lấy cảm hứng từ thuật toán từ các đặc tính giống như sự sống, mặc dù chúng sẽ không liên quan đến toàn bộ sự phức tạp của các hệ thống sinh học. Ikkala cho biết thêm, những vật liệu như vậy sẽ là trung tâm của thế hệ robot mềm tiếp theo và để theo dõi y tế và môi trường.
