차세대 생명启发 물질을 위한 길을 열다

새로운 물질은 생명 시스템에서 영감을 받아 이전 경험에 따라 전기적 행동을 변경한다. 알토 대학의 연구자들이 개발한 이 물질은 기본적인 적응 메모리 형태를 효과적으로 달성했다.

이러한 적응 물질은 차세대 의료 및 환경 센서, 소프트 로봇 및 능동 표면 개발에서 중요한 역할을 할 수 있다.

생명 시스템에서의 반응 물질

반응 물질은 광선이 닿으면 어두워지는 안경과 같은 다양한 응용 분야에서 발견된다. 그러나 기존 물질은 항상 동일한 방식으로 반응하며, 그 반응은 그들의 역사와 무관하다. 즉, 그들은 과거의 경험에 따라 적응하지 않는다.

반면에, 생명 시스템은 이전 조건에 따라 그들의 행동을 적응시킨다.

Bo Peng는 알토 대학의 아카데미 연구员이며 연구의 공동 저자이다.

“물질 과학의 다음 큰 도전은 생명체에 영감을 받은真正한 스마트 물질을 개발하는 것이다”라고 펭은 말했다. “우리는 그들의 역사에 따라 그들의 행동을 조정하는 물질을 개발하고 싶었다”

물질에서의 적응 메모리 달성

연구 팀은 먼저 마이크로미터 크기의 자성 비즈를 합성한 다음 자성 필드를 사용하여 자극했다. 비즈는 자석이 켜질 때 기둥을 형성하고, 자성 필드의 강度는 기둥의 모양에 영향을 미쳤다. 이러한 모양은 기둥이 전기를 얼마나 잘 전도하는지에 영향을 미친다.

“이 시스템에서, 우리는 자성 필드 자극과 전기 반응을 결합했다”라고 펭은 설명했다. “자성 필드를 빠르게 또는 느리게 변경하는지에 따라 전기 전도도가 달라진다는 것을 발견했다. 즉, 전기 반응은 자성 필드의 역사에 따라 달라진다. 전기 행동은 또한 자성 필드가 증가하거나 감소하는지에 따라 달랐다. 반응은 이중 안정성을 보여주었는데, 이는 기본적인 형태의 메모리이다. 물질은 자성 필드에 대한 기억을 가지고 있는 것처럼 행동한다”

시스템의 메모리는 그것을 기본적인 학습과 유사한 방식으로 행동하게 한다. 생명체에서 학습 과정 중에, 기본적인 요소는 신경 세포 간의 연결의 반응의 변화이다. 이것은 시냅스라고 불리며, 자극의 빈도에 따라 신경 세포의 시냅스는 더 강해지거나 약해진다. 이러한 변화는 단기 시냅스 가소성이라고 불리며, 그것은 두 신경 세포 쌍 사이의 연결을 더 강하게 또는 약하게 만든다.

연구 팀은 유사한 시스템을 자성 비즈와 함께 달성했지만, 메커니즘은 다르다. 자성 비즈가 빠르게 펄싱하는 자성 필드에 노출되면, 물질은 더 잘 전기를 전도할 수 있다. 그러나 더 느리게 펄싱하는 자성 필드에 노출되면, 전기가 잘 전도되지 않는다.

Olli Ikkala는 알토 대학의 명예 교수이다.

“우리의 물질은 약간 시냅스와 같은 방식으로 작동한다”라고 이칼라 说했다. “우리가 보여준 것은 차세대 생명启发 물질을 위한 길을 열었다. 이러한 물질은 적응, 메모리 및 학습의 생물학적 과정에서 영감을 받을 것이다”

“미래에는 생명체와 같은 속성을 알고리즘적으로 영감을 받은 더 많은 물질이 있을 수 있다. 그러나 이러한 물질은 생물학적 시스템의 전체 복잡성을 포함하지 않을 것이다. 이러한 물질은 차세대 소프트 로봇 및 의료 및 환경 모니터링을 위한 핵심이 될 것이다”라고 이칼라는 결론지었다.