นักวิจัยสร้างเส้นทางสำหรับวัสดุสมองกลที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวิตในอนาคต

วัสดุใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากระบบชีวิตสามารถเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมทางไฟฟ้าตามประสบการณ์ในอดีต นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aalto ได้พัฒนาวัสดุนี้และบรรลุผลลัพธ์ในการสร้างความจำแบบปรับเปลี่ยนได้

วัสดุสมองกลเช่นนี้มีศักยภาพที่จะใช้ในอุปกรณ์ตรวจจับทางการแพทย์และสิ่งแวดล้อมในอนาคต รวมถึงหุ่นยนต์แบบอ่อนและพื้นผิวที่มีการเคลื่อนไหว

วัสดุสมองกลที่มีการตอบสนองในระบบชีวิต

วัสดุสมองกลสามารถพบได้ในหลาย ๆ การใช้งาน เช่น แว่นกันแดดที่มีการเปลี่ยนสีในแสงแดด แต่วัสดุสมองกลที่มีอยู่ในปัจจุบันจะตอบสนองเสมอในลักษณะเดียวกัน และไม่ได้ปรับเปลี่ยนพฤติกรรมตามประสบการณ์ในอดีต

ในทางกลับกัน ระบบชีวิตสามารถปรับเปลี่ยนพฤติกรรมตามสภาพแวดล้อมในอดีต

Bo Peng เป็นนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aalto และเป็นหนึ่งในผู้เขียนหลักของ การวิจัย นี้

“หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการวิจัยวัสดุในอนาคตคือการสร้างวัสดุสมองกลที่ได้รับแรงบันดาลใจจากสิ่งมีชีวิต” Peng กล่าว “เราต้องการสร้างวัสดุที่สามารถปรับเปลี่ยนพฤติกรรมตามประสบการณ์ในอดีต”

การบรรลุความจำแบบปรับเปลี่ยนได้ในวัสดุ

ทีมนักวิจัยได้สร้างวัสดุโดยการผสมผสานเม็ดแม่เหล็กขนาดไมโครเมตรก่อนที่จะกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็ก เม็ดแม่เหล็กจะรวมตัวกันเพื่อสร้างเสาเมื่อแม่เหล็กถูกเปิดใช้งาน และความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กจะส่งผลต่อรูปร่างของเสา ซึ่งจะส่งผลต่อการนำไฟฟ้าของเสา

“ด้วยระบบนี้ เราได้เชื่อมโยงระหว่างการกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กและการตอบสนองทางไฟฟ้า” Peng อธิบาย “และเราพบว่าการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับว่าเราจะเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กอย่างรวดเร็วหรือช้า ซึ่งหมายความว่าการตอบสนองทางไฟฟ้าขึ้นอยู่กับประวัติของสนามแม่เหล็ก การตอบสนองทางไฟฟ้ายังแตกต่างกันหากสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นหรือลดลง การตอบสนองแสดงถึงความมีเสถียรภาพ ซึ่งเป็นรูปแบบพื้นฐานของความจำ วัสดุนี้มีพฤติกรรมเหมือนมีความจำของสนามแม่เหล็ก”

ความจำของระบบนี้ทำให้วัสดุสามารถมีพฤติกรรมที่คล้ายกับการเรียนรู้แบบพื้นฐาน ในกระบวนการเรียนรู้ของสิ่งมีชีวิต ส่วนประกอบพื้นฐานในสมองคือการเปลี่ยนแปลงในการตอบสนองของการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาท ซึ่งเรียกว่า ซินแอปส์ และขึ้นอยู่กับว่าซินแอปส์ถูกกระตุ้นบ่อยเพียงใด ซินแอปส์ระหว่างเซลล์ประสาทจะกลายเป็นแข็งหรืออ่อนลง ซึ่งเรียกว่า plasticity ของซินแอปส์ และทำให้การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทมีความเข้มข้นหรืออ่อนลงขึ้นอยู่กับประวัติ

ทีมนักวิจัยได้สร้างระบบที่คล้ายกันโดยใช้เม็ดแม่เหล็ก แต่กลไกการทำงานแตกต่างกัน เมื่อเม็ดแม่เหล็กถูกกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว วัสดุสามารถนำไฟฟ้าได้ดี แต่ถ้าเม็ดแม่เหล็กถูกกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้า วัสดุจะนำไฟฟ้าได้ไม่ดี

Olli Ikkala เป็นศาสตราจารย์แห่งความเป็นเลิศจากมหาวิทยาลัย Aalto

“วัสดุของเรามีพฤติกรรมเหมือนซินแอปส์” Ikkala กล่าว “สิ่งที่เราทำได้จะเป็นทางเลือกสำหรับวัสดุสมองกลรุ่นต่อไปที่ได้รับแรงบันดาลใจจากกระบวนการชีวิต เช่น การปรับเปลี่ยน การจดจำ และการเรียนรู้”

“ในอนาคต อาจจะมีวัสดุสมองกลที่ได้รับแรงบันดาลใจจากคุณสมบัติที่คล้ายกับชีวิต แต่ไม่ต้องมีความซับซ้อนของระบบชีวิต วัสดุเหล่านี้จะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาหุ่นยนต์แบบอ่อนและสำหรับการตรวจจับทางการแพทย์และสิ่งแวดล้อม” Ikkala สรุป