Il nuovo materiale intelligente dotato di memoria che cambia comportamento

Un team finlandese ha inventato un materiale che si adatta agli stimoli usando una sua propria memoria, come succede nei sistemi viventi

La scienza dei materiali adattivi e intelligenti

La scienza dei materiali adattivi e intelligenti

C’è un nuovo materiale che riesce a cambiare comportamento elettrico grazie a una specie di memoria storica interna. Lo hanno inventato, ispirandosi ai sistemi viventi, i ricercatori dell'Università di Aalto (Finlandia), dando vita a un sistema adattivo che potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nella prossima generazione di sensori medici e ambientali, ma anche nelle tecnologie dei robot e nelle superfici attive.

Il materiale con la memoria

Dagli occhiali che si scuriscono alla luce del sole ai sistemi di somministrazione di farmaci, i materiali reattivi sono diventati comuni e utili in molte applicazioni. Si tratta però di materiali che reagiscono sempre nello stesso modo e non hanno la capacità di mutare risposta davanti a un cambiamento  di stimolo, come invece avviene nei sistemi viventi (che hanno una memoria storica e adattano dinamicamente il loro comportamento in base alle condizioni precedenti). "Una delle prossime grandi sfide della scienza dei materiali è lo sviluppo di materiali veramente intelligenti ispirati agli organismi viventi”, spiega Bo Peng, uno degli autori della ericerca, “Volevamo sviluppare un materiale che adattasse il proprio comportamento in base alla sua storia".

I ricercatori finlandesi hanno quindi sintetizzato delle perle magnetiche di microdimensioni e le hanno poi stimolate da un campo magnetico. Quando il magnete era acceso, le perle si impilavano formando dei pilastri, che mutavano forma in base alla forza del campo magnetico; la forma poi influenza la capacità di condurre l'elettricità.

Il team, come raconta il paper pubblicato su Science Advances, ha accoppiato lo stimolo del campo magnetico e la risposta elettrica, sfruttando il principio della conduttività elettrica, che dipende dalla variazione rapida o lenta del campo magnetico. “Ciò significa che la risposta elettrica dipende dalla storia del campo magnetico. Il comportamento elettrico era diverso anche se il campo magnetico aumentava o diminuiva. La risposta ha mostrato bistabilità, che è una forma elementare di memoria”. Si è visto insomma che il materiale si comporta come se avesse una sua propria memoria del campo magnetico.

Materiale intelligente

Questa memoria permette al materiale di ‘capire’ come comportarsi a seconda della stimolazione; una forma di apprendimento simile (ma più rudimentale) a quella degli organismi viventi. In base alla frequenza con cui vengono stimolate, le sinapsi di un neurone diventano più difficili o più facili da attivare. Questo cambiamento, noto come plasticità sinaptica a breve termine, rende la connessione tra una coppia di neuroni più forte o più debole a seconda della loro storia recente. Con le perle magnetiche, i ricercatori sono riusciti a ottenere un risultato simile a quello che succede alle sinapsi dei neuroni del cervello, che si attivano a seconda della frequenza con cui vengono stimolate. Il meccanismo funziona così: esponendo le perle a un campo magnetico a impulsi rapidi, il materiale ha migliorato la sua capacità di condurre l'elettricità, mentre con impulsi più lenti la conduzione è risultata scarsa. "Questo ricorda la plasticità sinaptica a breve termine", spiega Olli Ikkala, altro membro del team finlandese, "Il nostro materiale funziona un po' come una sinapsi. Ciò che abbiamo dimostrato apre la strada alla prossima generazione di materiali ispirati alla vita, che attingeranno ai processi biologici di adattamento, memoria e apprendimento".

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