Metamaterial i butë dhe mekanik që mund të “mendojë” ofron mundësi prodhimi të Makinerive të Dobishme “të Gjalla” në të ardhmen

Metamateriali i ri i butë dhe “i përgjegjshëm” përmban potencial për shumëllojshmëri përfitimesh shoqërore.

Makineritë e krijuara, autonome, të kombinuara me inteligjencën artificiale kanë qenë prej kohësh një element kryesor i trillimeve shkencore, dhe shpesh në rolin negativ si Cylons në reboot “Battlestar Galactica”, krijesa të përbëra nga materiale biologjike dhe të inxhinieruara. Por, çfarë ndodh nëse këto makineri të buta autonome do të ishin… të dobishme?

Ky është vizioni i një ekipi të studiuesve të Penn State dhe Forcave Ajrore të SHBA, i përshkruar në një numër të fundit të botuar në Nature Communications. Këta studiues prodhuan një metamaterial të butë, mekanik që mund të “mendojë” për mënyrën se si zbatohen forcat ndaj tij dhe të përgjigjet përmes reagimeve të programuara. Kjo platformë mban potencial të madh për një larmi aplikimesh, nga trajtimet mjekësore te përmirësimi i mjedisit.

“Ne krijuam metamateriale të buta, mekanike me rrjete polimeri fleksibël, përçues që mund të kryejnë të gjitha llogaritjet logjike dixhitale,”- tha Ryan Harne, Profesor i Asociuar për Zhvillimin e Karrierës James F. Will, Penn State. “Dokumenti ynë raporton një mënyrë për të krijuar funksionalitet vendimmarrës në materialet e krijuara në një mënyrë që mund të mbështesë sisteme të ardhshme të buta dhe autonome, të cilat janë krijuar me elementet themelore të formave të jetës, por janë programuar për të kryer shërbime të dobishme për njerëzit. Këto mund të përfshijnë ndihmën në mirëmbajtjen e infrastrukturës së qëndrueshme dhe të fuqishme, monitorimin e ndotësve dhe patogjenëve që vijnë nga ajri dhe uji, ndihmën në shërimin e plagës së pacientit, etj.”

Proceset e mendimit njerëzor bazohen në logjikë, vëren Harne, e cila është e ngjashme me logjikën Boolean nga matematika. Kjo qasje përdor hyrjet binare për të përpunuar rezultatet e kontrollit binar duke përdorur vetëm sekuencat “on” dhe “off” për të përfaqësuar të gjithë mendimin dhe njohjen. Materialet e buta që ekipi hulumtues krijuan procesin e të menduarit duke përdorur rikonfigurimin e rrjeteve të polimerit përçues. Forca mekanike, e aplikuar në materiale, lidh dhe rilidh rrjetin.

Duke përdorur një hyrje të tensionit të ulët në materiale, ekipi hulumtues krijoi një mënyrë që materiali i butë të vendosë se si të reagojë në përputhje me sinjalin e tensionit të daljes nga rrjeti i polimerit përçues të rikonfiguruar.

Lloji i logjikës që Harne dhe ekipi përdorin shkon përtej logjikës së pastër mekanike, e cila është një mënyrë për të përdorur kombinime të çelsave bistabël; çelsave me dy gjendje të qëndrueshme; për të përfaqësuar “0” dhe “1” të një sekuence binare të numrave. Ata zbuluan se kur ata përdorën logjikë të pastër mekanike, studiuesit përfunduan duke ngecur sepse disa operacione logjike nuk mund të ndërtoheshin.

“Ju arrini në një pikë ku në të vërtetë nuk mund të përpunoni të tetë portat logjike,”- tha Harne. “Ju mund të përpunoni katër prej tyre, por nuk mund t’i përpunoni katër të fundit. Ne zbuluam mënyrën për të përfshirë sinjalet elektrike së bashku me sinjalet mekanike, duke na lejuar të përpunojmë të gjitha portat logjike të përdorura në informatikën moderne dixhitale.”

Çelësi për të realizuar të gjitha portat logjike ishte në kombinimin e rrjetit elektrik të polimerit me materialin e butë dhe të deformueshëm. Studiuesit krijuan operacionet logjike duke rikonfiguruar njëkohësisht materialin e butë dhe rrjetin përçues elektrik.

Kjo gjithashtu siguron që dalja binare të jetë në formën e energjisë elektrike, e cila është e nevojshme për të drejtuar një mekanizëm aktivizimi që e bën materialin t’i përgjigjet forcës së aplikuar mekanike. Kombinimi i sinjaleve elektrike dhe mekanike lejon që makineria të lëvizë për të dalë nga rruga ose për të shtyrë prapa në një drejtim të caktuar.

Harne dhe ekipi duan të shkojnë përtej një materiali të vetëm dhe të hartojnë diçka më komplekse.

“Unë kam një vizion se si shkencëtarët dhe inxhinierët mund të krijojnë sisteme jetese të ndërtuara që ndihmojnë shoqërinë,”- tha Harne. “E tëra çfarë ju duhet të bëni është të bashkoni të gjitha funksionet e formave të jetës. Dhe kur e bëni këtë, ju keni në dispozicionin tuaj blloqet ndërtimore të jetës së inxhinieruar.”

Ndërsa e gjithë kjo duket si trillim shkencor, Harne beson se ka një potencial të jashtëzakonshëm.

Është disi shkencore-shkencore, unë duhet ta pranoj atë, dhe unë do të them, unë kam pasur kolegë që mendojnë se jam pak i çmendur,” tha Harne. “Por nëse ne si inxhinierë dhe shkencëtarë i kuptojmë të gjitha gjërat që përbëjnë jetën, pse nuk po përpiqemi të krijojmë makineri të gjalla që mund të ndihmojnë njerëzit?”