Investigadores financiados por el Ejército de EE. UU. En la Universidad de Brandeis han descubierto un proceso para diseñar materiales blandos de próxima generación con redes químicas integradas que imitan el comportamiento del tejido neural. El material innovador puede conducir a robótica blando autónoma, sensores duales y actuadores para exoesqueletos blandos, o pieles artificiales.
La investigación sienta las bases para la materia activa blanda futurista con detección, actuación, cálculo y control altamente distribuidos y estrechamente integrados, dijo el Dr. Samuel Stanton, gerente del Programa de Sistemas Dinámicos y Complejos dentro de la Dirección de Ciencias de la Ingeniería en la Oficina de Investigación del Ejército., un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU., ubicado en Research Triangle Park en Durham, Carolina del Norte.
ARO financia la investigación para iniciar descubrimientos científicos y tecnológicos de gran alcance en organizaciones externas, instituciones educativas, organizaciones sin fines de lucro y la industria privada que pueden hacer que los futuros soldados estadounidenses sean más fuertes y más seguros.
El equipo de investigación, dirigido por el profesor de Física Dr. Seth Fraden de la Universidad de Brandeis, se inspiró en el fascinante movimiento sinuoso de una anguila azul nadando y en la desconcertante brecha entre cómo se mueven los sistemas naturales y la falta de un movimiento tan coordinado y suave ensistemas artificiales.
Nuestros intereses de investigación se encuentran directamente en la intersección de la física, la química, la biología y la ciencia de los materiales ", dijo Fraden." Nuestro laboratorio es interdisciplinario, pero también estamos involucrados en varios proyectos de múltiples investigadores ".
El trabajo de Fraden buscó responder preguntas clave, tales como por qué hay un vacío entre lo animado y lo inanimado que nunca confundimos los dos, y si los ingenieros pudieran crear materiales con atributos similares a los organismos vivos, pero construidos a partir de objetos inanimados, pueden¿Lo hacemos usando solo productos químicos y evitamos el uso de motores y electrónicos?
Mirando más profundamente, Fraden estudió cómo un tipo de red neuronal presente en la anguila, llamada Generador de Patrones Central, produce ondas de pulsos químicos que se propagan por la columna vertebral de la anguila para impulsar rítmicamente los músculos que nadan.
El laboratorio de Fraden abordó el desafío de diseñar un material que imite al generador construyendo primero un dispositivo de control que produzca los mismos patrones de activación neuronal que han observado los biólogos. Allí, crearon un sistema de control que funciona con energía química, como se hace en biología.sin recurrir a ninguna computadora o dispositivos electromecánicos, que son el sello distintivo de la tecnología robótica artificial.
Se logró un gran avance cuando Fraden y su equipo se dieron cuenta de que la misma dinámica de CPG podría capturarse en una plataforma no biológica si usaban un proceso químico oscilante conocido como la reacción de Belousov-Zhabotinsky. El laboratorio desarrolló el estado detécnicas de fabricación de última generación para materiales blandos que diseñan redes químicas artificiales a nanoescala que, en conjunto, serían capaces de producir una amplia variedad de patrones. Sus redes químicas robustas resultantes produjeron patrones dinámicos distribuidos idénticos al Generador de patrones central de la anguila.
Fraden señaló que "los principios de ingeniería que identificaron son generales y se pueden aplicar para diseñar una amplia gama de otros Generadores de Patrones Centrales, como los responsables de otras funciones autónomas, como el paso de un caballo, por ejemplo, caminar,galope, trote y galope. "
La investigación aparece como el artículo de portada del número del 7 de marzo de una revista del Reino Unido Laboratorio en un chip , que es una revista científica revisada por pares que publica investigaciones primarias y artículos de revisión sobre cualquier aspecto de la miniaturización a escala micro y nano. El trabajo ganó la distinción como uno de los "artículos candentes" de la revista debido a sus puntajes particularmente altos obtenidos enel proceso de revisión científica.
"Permitir un avance en el aumento robótico de maniobras y operaciones militares de alto ritmo requiere interrumpir la noción de un sistema inteligente como una plataforma rígida de múltiples cuerpos optimizada para un movimiento lento y cuidadosamente planificado en un terreno despejado", dijo Stanton. "Investigación fundamentales necesario para transponer materiales inteligentes del paradigma actual de propiedades fijas y mecánicas con control extrínseco y centralizado a un nuevo paradigma de compuestos activos suaves con una funcionalidad dinámica sin precedentes realizada a través de la máxima incrustación de sustrato de intrínsecos estrechamente integrados, descentralizados y altamente distribuidosbasado en detección, actuación y control. "
Como siguiente paso, el laboratorio de Fraden asumirá el desafío de transferir la información codificada en los patrones dinámicos de las redes químicas para crear una respuesta mecánica dirigida dentro de un gel quimio-mecánico novedoso. Esto podría hacer que la investigación pase de imitar material artificialtejido neural a tejido artificial que ahora imita al tejido neuromuscular.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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