Měkký, mechanický materiál, který dokáže „myslet“, nabízí v budoucnu potenciál pro užitečné „živé“ stroje

Nové měkké mechanické náhražky mohou „přemýšlet“ o tom, jak na něj působí síly, a reagovat prostřednictvím předem naprogramovaných reakcí. Půjčka Elizabeth Flores-Gomez Murray / Penn State

Nový měkký a pohotový materiál má potenciál diverzifikovat výhody společnosti.

Inženýrství, autonomní stroje v kombinaci s umělou inteligencí byly dlouho základem sci-fi, často při překládání Battlestar Galactica jako stvoření jako Cyloni, stvoření materiálů biologického inženýrství. Ale co kdyby tyto autonomní měkké vozy byly užitečné?

To je vize týmu výzkumných pracovníků amerického letectva Penn Air Force, popsaná v nedávném článku Příroda komunikace„Tito vědci vyrobili měkké mechanické materiály, které mohou„ přemýšlet “o tom, jak jsou síly aplikovány, a reagovat prostřednictvím naprogramovaných reakcí. Tato platforma má velký potenciál pro různé aplikace, od lékařských ošetření až po zlepšení životního prostředí.

„Vytvořili jsme měkké mechanické přenosy s flexibilními vodivými polymerními sítěmi, které dokážou vypočítat všechny numerické logické výpočty,“ řekl Ryan Harn, F. Ames F. Willie Career Development Associate, Pence. „Naše práce hlásí vytvoření rozhodovací funkce v konstrukčních materiálech, které mohou podporovat budoucí měkké, autonomní systémy zabudované do klíčových prvků života, ale stále naprogramované tak, aby poskytovaly užitečné služby lidem. Mezi ně může patřit údržba udržitelné infrastruktury, monitorování kontaminantů ve vzduchu, patogenů, pomoc při léčbě ran pacientů atd.

Lidské myšlenkové procesy jsou založeny na logice, říká Harn, což je obdoba matematické logické logiky. Tento přístup používá binární vstupy ke zpracování výsledků binárního řízení, přičemž k reprezentaci celé myšlenky a poznání používá pouze sekvence „zapnuto“ a „vypnuto“. Měkké materiály vytvořené výzkumným týmem „přemýšlejí“ pomocí reorganizace vodivých polymerních sítí. Mechanická síla působící na materiály spojuje ացնում připojuje se k síti.

Použitím nízkonapěťového vstupu do materiálů se výzkumný tým rozhodl pro měkký materiál, aby se rozhodl, jak reagovat na signál výstupního napětí převedené polymerní sítě.

Typ logiky používaný Harnem a týmem jde nad rámec čistě mechanické logiky, což jsou dva způsoby použití kombinací obousměrných stabilních přepínačů k reprezentaci „0 s“ a „1 s“ posloupnosti binárních čísel. Zjistili, že když použili čistou mechanickou logiku, zjistili, že se vědci zasekli, protože nebylo možné vytvořit určité logické operace.

„Biješ do bodu, kdy opravdu nedokážeš zpracovat osm logických bran,“ řekl Harn. „Můžete kultivovat čtyři z nich, ale nemůžete kultivovat poslední čtyři. Našli jsme způsob, jak kombinovat elektrické signály s mechanickými signály, což nám umožňuje zpracovat všechny logické brány používané v moderních digitálních počítačích. “

Klíčem k realizaci všech logických bran bylo spojení měkkého, deformovatelného materiálu elektrické polymerní sítě. Vědci vytvořili logickou operaci při transformaci měkkého materiálu na elektrický vodič.

To také zajišťuje, že binární výstup je ve formě elektřiny potřebné k pohonu aktivačního mechanismu, který způsobuje, že materiál reaguje na aplikovanou mechanickou sílu. Kombinace elektrických a mechanických signálů umožňuje vozidlu rozjet se, dostat se ze silnice nebo zatlačit zpět určitým směrem.

Harne a tým chtějí jít nad rámec jednoho materiálu և a navrhnout něco složitějšího.

„Mám vizi toho, jak mohou vědci a inženýři vytvářet inženýrské živé systémy, které pomáhají společnosti,“ řekl Harn. „Vše, co musíte udělat, je kombinovat všechny funkce života. A když to uděláte, přijdou k vám základní součásti inženýrského života. “

I když se to může zdát jako sci-fi, Harn věří, že má obrovský potenciál.

„Je to druh sci-fi, musím přiznat, že řeknu, že si moji kolegové mysleli, že jsem trochu blázen,“ řekl Harn. „Pokud ale jako inženýři a vědci rozumíme všem věcem, které tvoří život, proč nezkusit vytvořit vytvořená živá stvoření, která mohou pomoci lidem?“

Odkaz. „Digitální logické brány v měkkých, vysílajících mechanických materiálech“ Charles Ellow, Philip R. Buscohl, Christopher E. Tabor և Ryan L. Harne, 2021 12. března Příroda komunikace,
DOI: 10.1038 / s41467-021-21920-y:

Dalšími autory studie jsou Parn State Charles El Helu, PhD ve strojírenství, US Air Force Research Laboratory, Philip Buscohl a Christopher Tabor.

Harne’s National Science Foundation Early Career Award և Americké letectvo tuto studii financovalo.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.