研究人员为下一代生命启发材料铺平道路

一种新的材料受生活系统的启发，根据其以前的经历改变其电气行为。由阿尔托大学的研究人员开发，该材料已经有效地实现了基本形式的适应性记忆。

此类适应性材料在下一代医疗和环境传感器、软机器人和主动表面等领域发挥着关键作用。

生活系统中的响应材料

响应材料可以在各种应用中找到，例如在阳光下变暗的眼镜。然而，现有的材料总是以相同的方式做出反应，它们对变化的反应与其历史无关。这意味着它们不会根据过去的经历进行适应。

另一方面，生活系统根据以前的条件适应其行为。

博鹏是阿尔托大学的学术研究员，也是该研究的资深作者之一。

“材料科学中的一个重大挑战是开发真正的智能材料，受活体的启发，”博鹏说。“我们希望开发一种材料，它的行为可以根据其历史进行调整。”

实现材料的适应记忆

该团队首先合成了微米大小的磁性珠子，然后用磁场刺激它们。当磁铁打开时，珠子会堆积成柱状，磁场的强度会影响柱子的形状。这些形状会影响柱子的电导性。

“通过这种系统，我们将磁场刺激和电响应耦合起来。有趣的是，我们发现电导率取决于我们是否快速或缓慢地改变磁场，”博鹏解释说。“这意味着电响应取决于磁场的历史。电行为也不同，如果磁场增加或减少。响应显示出双稳性，这是记忆的基本形式。材料表现得好像它记得磁场。”

该系统的记忆使其能够像基本的学习过程一样表现。在生物体中的学习过程中，动物中连接神经元的基本元素是连接的响应变化，称为突触。根据刺激的频率，神经元中的突触会变得更难或更容易激活。这种变化称为短期突触可塑性，它使神经元对之间的连接变得更强或更弱，取决于其历史。

研究人员团队用磁珠实现了类似的系统，但机制不同。当珠子暴露在快速脉动的磁场中，材料可以更好地导电。但是，如果它们暴露在较慢的脉动中，它们的导电性较差。

奥利·伊卡拉是阿尔托大学的杰出教授。

“我们的材料有点像突触，”伊卡拉说。“我们所展示的为下一代生命启发材料铺平了道路，这些材料将利用生物过程中的适应、记忆和学习。”

“在未来，可能会有更多材料受到生命特性的算法启发，尽管它们不会涉及生物系统的全部复杂性。这些材料将是下一代软机器人和医疗、环境监测的核心，”伊卡拉总结说。