Araştırmacılar Sonraki Nesil Yaşamdan Esinlenen Malzemeler için Zemin Hazırladı

Canlı sistemlerden esinlenen yeni bir malzeme, önceki deneyimlerine bağlı olarak elektriksel davranışını değiştirir. Aalto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen malzeme, temel bir adaptif hafıza formunu etkili bir şekilde elde etti. 

Bu tür adaptif malzemeler, sonraki nesil tıbbi ve çevresel sensörlerin, yumuşak robotların ve aktif yüzeylerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynayabilir.

Canlı Sistemlerdeki Tepkisel Malzemeler

Tepkisel malzemeler, güneş ışığında kararan gözlükler gibi çeşitli uygulamalarda bulunabilir. Ancak mevcut malzemeler her zaman aynı şekilde tepki verir ve bir değişikliğe tepkileri geçmişlerinden bağımsızdır. Bu nedenle geçmiş deneyimlerine dayanarak adapte olmazlar.

Öte yandan, canlı sistemler davranışlarını önceki koşullara bağlı olarak adapte eder.

Bo Peng, Aalto Üniversitesi’nden bir Akademi Araştırma Üyesi ve araştırmanın kıdemli yazarlarından biridir.

“Malzeme biliminin önündeki bir sonraki büyük zorluk, gerçekten akıllı ve canlı organizmalardan esinlenen malzemeler geliştirmektir” diyor Peng. “Geçmişine bağlı olarak davranışını ayarlayabilen bir malzeme geliştirmek istedik.”

Malzemelerde Adaptif Hafıza Elde Etme

Araştırmacılar önce mikrometre büyüklüğünde manyetik boncuklar sentezlediler ve sonra manyetik bir alana maruz bıraktılar. Boncuklar, manyetik alan açıldığında sütunlar oluşturdu ve manyetik alanın gücü sütunların şeklini etkiledi. Bu şekiller, sütunların elektriksel olarak nasıl iletildiğini etkiler.

“Bu sistemde, manyetik alan stimulusunu ve elektriksel yanıtı birleştirdik” diye açıklıyor Peng. “İlginç bir şekilde, elektriksel iletkenliğin manyetik alanın hızla veya yavaşça değiştirilip değiştirilmediğine bağlı olduğunu bulduk. Yani elektriksel yanıt, manyetik alanın geçmişine bağlı. Manyetik alan artıyor veya azalıyor olsa da elektriksel davranış farklıydı. Yanıt, temel bir hafıza formu olan bistabilite gösterdi. Malzeme, manyetik alandan bir hafızası varmış gibi davranıyor.”

Sistemin hafızası, ilkel bir öğrenme benzeri davranış göstermesini sağlar. Canlı organizmalardaki öğrenme sürecinde, temel unsur, nöronlar arasındaki bağlantılar arasındaki yanıtın değişmesidir. Bu, sinaps olarak adlandırılır ve nasıl sıkça uyarıldıklarına bağlı olarak nöronlardaki sinapslar daha kolay veya daha zor aktive edilir. Bu değişiklik, kısa süreli sinaptik plastisite olarak adlandırılır ve nöron çiftleri arasındaki bağlantıyı güçlendirir veya zayıflatır.

Araştırmacılar, manyetik boncuklarla benzer bir sistem elde ettiler, ancak mekanizma farklıdır. Boncuklar hızlı bir manyetik alana maruz kaldıklarında, malzeme elektriksel olarak daha iyi iletir. Ancak yavaş bir manyetik alana maruz kaldıklarında, kötü iletir.

Olli Ikkala, Aalto Üniversitesi’nden bir Seçkin Profesör’dür.

“Malzememizin işleyişi biraz sinaps gibi” diyor Ikkala. “Gösterdiğimiz şey, sonraki nesil yaşamdan esinlenen malzemeler için zemin hazırlar. Bu malzemeler, adaptasyon, hafıza ve öğrenme biyolojik süreçlerine dayanacaktır.”

“Gelecekte, yaşam benzeri özelliklerle algoritmik olarak esinlenen daha fazla malzeme olabilir, ancak bunlar biyolojik sistemlerin tam karmaşıklığını içermeyecektir. Bu malzemeler, yumuşak robotlar ve tıbbi ve çevresel izleme için sonraki neslin merkezinde olacaklar” diye sonuçlandırıyor Ikkala.