مستوحاة من أنظمة المعيشة – مادة الجيل التالي تتكيف مع تاريخها
تم تطوير مادة جديدة تغير سلوكها الكهربائي بناءً على الخبرة السابقة. هذا يعطيها بشكل فعال شكلاً أساسيًا من الذاكرة التكيفية. (مفهوم الفنان للمواد التكيفية كهربائيًا).
تغير المواد المستجيبة سلوكها بناءً على الظروف السابقة.
مستوحاة من الأنظمة الحية، تم تطوير مادة جديدة تغير سلوكها الكهربائي بناءً على الخبرة السابقة، مما يمنحها بشكل فعال شكلاً أساسيًا من الذاكرة التكيفية. يمكن أن تلعب هذه المواد التكيفية دورًا حيويًا في الجيل التالي من المستشعرات الطبية والبيئية، وكذلك في الروبوتات اللينة أو الأسطح النشطة. تم تحقيق هذا الاختراق من قبل باحثين في جامعة آلتو في فنلندا.
أصبحت المواد المتجاوبة شائعة في مجموعة من التطبيقات، من النظارات التي تغمق في ضوء الشمس إلى أنظمة توصيل الأدوية. ومع ذلك، تتفاعل المواد الموجودة دائمًا بنفس الطريقة في كل مرة. لا تعتمد استجابتهم للتغيير على تاريخهم، ولا يتأقلمون بناءً على ماضيهم.
هذا يختلف اختلافًا جوهريًا عن الأنظمة الحية، التي تكيف سلوكها ديناميكيًا بناءً على الظروف السابقة. “أحد التحديات الكبيرة التالية في علم المواد هو تطوير مواد ذكية حقًا مستوحاة من الكائنات الحية. أردنا تطوير مادة من شأنها تعديل سلوكها بناءً على تاريخها “، كما يقول بو بينج، زميل أبحاث الأكاديمية في جامعة آلتو والذي كان أحد كبار مؤلفي هذه الدراسة.
يعتمد شكل وموصلية الأعمدة المكونة من خرز مغناطيسي في مجال مغناطيسي على قوة الحقول وتاريخها. الائتمان: أولي إيكالا / جامعة آلتو
قام الباحثون بتصنيع حبات مغناطيسية بحجم ميكرومتر تم تحفيزها بعد ذلك بواسطة مجال مغناطيسي. عندما كان المغناطيس في وضع التشغيل، تكدست الخرزات لتشكيل أعمدة. تؤثر قوة المجال المغناطيسي على شكل الأعمدة، مما يؤثر بدوره على كيفية توصيل الكهرباء بشكل جيد.
“مع هذا النظام، قمنا بربط حافز المجال المغناطيسي والاستجابة الكهربائية. ومن المثير للاهتمام، وجدنا أن التوصيل الكهربائي يعتمد على ما إذا كنا نغير المجال المغناطيسي بسرعة أو ببطء. هذا يعني أن الاستجابة الكهربائية تعتمد على تاريخ المجال المغناطيسي. كان السلوك الكهربائي مختلفًا أيضًا إذا كان المجال المغناطيسي يتزايد أو يتناقص. أظهرت الاستجابة ثباتية ، وهي شكل أساسي من أشكال الذاكرة. يوضح بينج أن المادة تتصرف كما لو أنها تحتوي على ذاكرة المجال المغناطيسي.
التعلم الأساسي
تسمح ذاكرة النظام له أيضًا بالتصرف بطريقة تشبه التعلم البدائي. على الرغم من أن التعلم في الكائنات الحية معقد للغاية، فإن العنصر الأساسي في الحيوانات هو التغيير في استجابة الروابط بين الخلايا العصبية، والمعروفة باسم نقاط الاشتباك العصبي. اعتمادًا على عدد مرات تحفيزها، ستصبح المشابك العصبية في الخلايا العصبية أكثر صعوبة أو أسهل في التنشيط. هذا التغيير، المعروف باسم اللدونة التشابكية قصيرة المدى، يجعل الاتصال بين زوج من الخلايا العصبية أقوى أو أضعف اعتمادًا على تاريخهم الحديث.
تمكن الباحثون من إنجاز شيء مشابه مع خرزاتهم المغناطيسية، على الرغم من اختلاف الآلية تمامًا. عندما قاموا بتعريض الخرزات لمجال مغناطيسي سريع النبض، أصبحت المادة أفضل في توصيل الكهرباء، في حين أن النبض الأبطأ جعلها سيئة التوصيل.
يقول الأستاذ المتميز أولي إيكالا من آلتو: “هذا يذكرنا باللدونة التشابكية قصيرة المدى”. “المواد التي نستخدمها تشبه إلى حد ما المشبك. ما أظهرناه يمهد الطريق للجيل القادم من المواد المستوحاة من الحياة، والتي ستعتمد على العملية البيولوجية للتكيف والذاكرة والتعلم “.
“في المستقبل، قد يكون هناك المزيد من المواد المستوحاة من الخوارزميات من خصائص تشبه الحياة، على الرغم من أنها لن تتضمن التعقيد الكامل للأنظمة البيولوجية. مثل هذه المواد ستكون أساسية للجيل القادم من الروبوتات اللينة وللمراقبة الطبية والبيئية “، يضيف إيكالا.
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
