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Inspirados por sistemas vivos, pesquisadores da Aalto University desenvolveram um novo material que muda seu comportamento elétrico com base em experiências anteriores, dando a ele efetivamente uma forma básica de memória adaptativa. Esses materiais adaptativos podem desempenhar um papel vital na próxima geração de sensores médicos e ambientais, bem como em robôs macios ou superfícies ativas.
Os materiais responsivos tornaram-se comuns em uma variedade de aplicações, desde vidros que escurecem com a luz do sol até sistemas de administração de medicamentos. Mas os materiais existentes sempre reagem da mesma maneira – sua resposta a uma mudança não depende de sua história, nem se adapta com base em seu passado.
Isso é fundamentalmente diferente dos sistemas vivos, que adaptam dinamicamente seu comportamento com base em condições anteriores. ‘Um dos próximos grandes desafios na ciência dos materiais é desenvolver materiais verdadeiramente inteligentes inspirados em organismos vivos. Queríamos desenvolver um material que ajustasse seu comportamento com base em sua história’, diz Bo Peng, pesquisador da Academia da Universidade de Aalto e um dos autores sênior deste estudo.
Os pesquisadores sintetizaram contas magnéticas de tamanho micrométrico que foram então estimuladas por um campo magnético. Quando o ímã estava ligado, as contas se empilhavam para formar pilares. A força do campo magnético afeta a forma dos pilares, que por sua vez afeta o quão bem eles conduzem eletricidade.
‘Com este sistema, acoplamos o estímulo do campo magnético e a resposta elétrica. Curiosamente, descobrimos que a condutividade elétrica depende se variamos o campo magnético rapidamente ou lentamente. Isso significa que a resposta elétrica depende da história do campo magnético. O comportamento elétrico também foi diferente se o campo magnético estava aumentando ou diminuindo. A resposta mostrou biestabilidade, que é uma forma elementar de memória. O material se comporta como se tivesse uma memória do campo magnético’, explica Peng.
Aprendizagem básica
A memória do sistema também permite que ele se comporte de maneira semelhante ao aprendizado rudimentar. Embora o aprendizado em organismos vivos seja extremamente complexo, seu elemento mais básico em animais é uma mudança na resposta de conexões entre neurônios, conhecidas como sinapses. Dependendo da frequência com que são estimulados, as sinapses em um neurônio se tornarão mais difíceis ou mais fáceis de ativar. Essa mudança, conhecida como plasticidade sináptica de curto prazo, torna a conexão entre um par de neurônios mais forte ou mais fraca, dependendo de sua história recente.
Os pesquisadores conseguiram fazer algo semelhante com suas esferas magnéticas, embora o mecanismo seja totalmente diferente. Quando eles expuseram as contas a um campo magnético pulsante rápido, o material tornou-se melhor na condução de eletricidade, enquanto a pulsação mais lenta fez com que conduzisse mal.
“Isso é uma reminiscência da plasticidade sináptica de curto prazo”, diz o distinto professor de Aalto, Olli Ikkala. ‘Nosso material funciona um pouco como uma sinapse. O que demonstramos abre caminho para a próxima geração de materiais inspirados na vida, que se baseará no processo biológico de adaptação, memória e aprendizado.’
“No futuro, pode haver ainda mais materiais inspirados algoritmicamente por propriedades semelhantes à vida, embora não envolvam toda a complexidade dos sistemas biológicos. Esses materiais serão fundamentais para a próxima geração de robôs macios e para monitoramento médico e ambiental’, acrescenta Ikkala.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Aalto. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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