Investigadores allanan el camino para materiales inspirados en la vida de próxima generación

Un nuevo material inspirado en los sistemas vivos cambia su comportamiento eléctrico en base a la experiencia previa. Desarrollado por investigadores de la Universidad Aalto, ha logrado efectivamente una forma básica de memoria adaptativa. 

Los materiales adaptables como este podrían desempeñar un papel clave en el desarrollo de sensores médicos y ambientales de próxima generación, así como en robots blandos y superficies activas.

Materiales receptivos en sistemas vivos

Los materiales receptivos se pueden encontrar en una amplia gama de aplicaciones, como anteojos que se oscurecen con la luz del sol. Sin embargo, los materiales existentes siempre reaccionan de la misma manera y su respuesta a un cambio es independiente de su historia. Esto significa que no se adaptan en base a sus experiencias pasadas. 

Por otro lado, los sistemas vivos adaptan su comportamiento en función de las condiciones previas. 

Bo Peng es investigador académico de la Universidad Aalto y uno de los autores principales del Segun una investigacion. 

“Uno de los próximos grandes desafíos en la ciencia de los materiales es desarrollar materiales verdaderamente inteligentes inspirados en organismos vivos”, dice Peng. “Queríamos desarrollar un material que ajustara su comportamiento en función de su historia”. 

Lograr memoria adaptativa en materiales

El equipo primero sintetizó perlas magnéticas del tamaño de un micrómetro antes de estimularlas con un campo magnético. Las cuentas se apilaban para formar pilares cada vez que se encendía el imán, y la fuerza del campo magnético impactaba en la forma de los pilares. Estas formas afectan qué tan bien los pilares conducen la electricidad. 

«Con este sistema, acoplamos el estímulo del campo magnético y la respuesta eléctrica. Curiosamente, descubrimos que la conductividad eléctrica depende de si variamos el campo magnético rápida o lentamente”, explica Peng. “Eso significa que la respuesta eléctrica depende de la historia del campo magnético. El comportamiento eléctrico también era diferente si el campo magnético aumentaba o disminuía. La respuesta mostró biestabilidad, que es una forma elemental de memoria. El material se comporta como si tuviera memoria del campo magnético”.

La memoria del sistema le permite comportarse de manera similar al aprendizaje rudimentario. Durante el proceso de aprendizaje en los organismos vivos, el elemento básico en los animales es un cambio en la respuesta de las conexiones entre las neuronas. Esto se conoce como sinapsis y, dependiendo de la frecuencia con la que se estimulen, las sinapsis en las neuronas se vuelven más difíciles o más fáciles de activar. El cambio se llama plasticidad sináptica a corto plazo y hace que la conexión entre un par de neuronas sea más fuerte o más débil según su historia. 

El equipo de investigadores logró un sistema similar con las cuentas magnéticas, pero el mecanismo es diferente. Cuando las perlas se exponen a un campo magnético de pulsaciones rápidas, el material puede conducir mejor la electricidad. Pero si se exponen a pulsos más lentos, se comportan mal. 

Olli Ikkala es Profesor Distinguido en Aalto. 

“Nuestro material funciona un poco como una sinapsis”, dice Ikkala. “Lo que hemos demostrado allana el camino para la próxima generación de materiales inspirados en la vida, que se basarán en los procesos biológicos de adaptación, memoria y aprendizaje”.

En el futuro, podría haber aún más materiales inspirados algorítmicamente en propiedades similares a las de la vida, aunque no involucrarán toda la complejidad de los sistemas biológicos. Dichos materiales serán fundamentales para la próxima generación de robots blandos y para la monitorización médica y ambiental, concluye Ikkala.