Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden materiaalin, jonka sähkönjohtavuus riippuu materiaalin aiemmin kohtaamista olosuhteista. Käytännössä materiaalilla on siis perusmuotoinen mukautuva muisti.
Perinteiset materiaalit reagoivat ulkoisiin ärsykkeisiin aina samalla tavoin. Vain elävät järjestelmät muuttavat käyttäytymistään kokemustensa perusteella.
Tutkimuksen tulokset julkaisi arvostettu Science Advances -lehti.
”Yksi materiaalitieteen seuraavista suurista haasteista on kehittää todella älykkäitä materiaaleja. Tässä elävät organismit toimivat malleina ja inspiraation lähteinä, vaikkakin mekanismit ja sovellukset voivat olla hyvin erilaisia”, kuvailee akatemiatutkija Bo Peng tiedotteessa.
Luontoa matkivat, kokemuksistaan oppivat materiaalit avaisivat oven muun muassa pehmeän robotiikan kehittämiselle. Ympäristöön sopeutuvia minikokoisia kauko-ohjattavia robotteja voitaisiin käyttää esimerkiksi lääkeaineiden kuljettamiseen elimistössä.
Mallia linnuilta
Idean uudenlaisesta materiaalista Aallon tutkimusryhmä sai linnuista ja muista eläimistä, joilla on erityinen kyky aistia Maan magneettikenttä ja suunnistaa sen avulla. Eläinten kyky perustuu niiden kehon magneettihiukkasten rakenteisiin.
Tutkijat valmistivat mikrometrin kokoisia magneettipartikkeleja, joiden järjestymistä sääteli niihin kohdistettu magneettikenttä.
Kun magneettikenttä oli päällä, hiukkaset pinoutuivat sähköä johtaviksi pylväiksi. Magneettikentän voimakkuus vaikutti pilareiden muotoon, mikä puolestaan vaikutti siihen, kuinka hyvin ne johtavat sähköä.
Järjestelmä yhdisti magneettikentän ärsykkeen ja sähköisen vasteen.
”Yllättäen havaitsimme, että sähkönjohtavuus riippuu siitä, onko magneettikentän voimakkuutta muutettu nopeasti vai hitaasti, koska pylväiden muoto on erilainen näissä tapauksissa”, Peng kertoo.
”Sähkövaste perustuu siis magneettikentän historiaan. Materiaali käyttäytyy ikään kuin sillä olisi muisti magneettikentästä.”
Magneettiset hiukkaset järjestyvät magneettikentässa pylväiksi, joiden muoto ja sähkönjohtavuus riippuvat magneettikentästä. Kuva Olli Ikkala/Aalto-yliopisto
Alkeellista oppimista
Järjestelmän muisti mahdollistaa toiminnan, joka muistuttaa alkeellista oppimista.
Elävien organismien oppiminen on monimutkainen prosessi, jonka peruselementtinä on muutos hermosolujen välisten yhteyksien eli synapsien vasteessa. Synapsien välinen yhteys vahvistuu tai heikentyy sen mukaan, mitä lähihistoriassa on tapahtunut.
Tutkijat onnistuivat pääsemään magneettihiukkasilla samaan. Kun hiukkaset altistettiin tiheille magneettikentän pulsseille, materiaalin sähkönjohtavuus parani. Hitaammat pulssit heikensivät sen sähkönjohtavuutta.
”Materiaalimme toimii vähän kuin hermosynapsi, joskin eri periaatteella”, sanoo professori Olli Ikkala.
”Tutkimuksemme tasoittaa tietä seuraavan sukupolven ulkoisiin ärsykkeisiin reagoiville materiaaleille, jotka käyttäytyvät näennäisesti samoin kuin biologiset sopeutumis-, muisti- ja oppimisprosessit.”
(Pääkuva Adobe Stock) Tutkijat saivat materiaalinsa toimimaan samaan tapaan kuin hermosolujen väliset yhteydet syntyvät, heikentyvät tai vahvistuvat.
Lue myös:
