Las máquinas autónomas de ingeniería combinadas con inteligencia artificial han sido durante mucho tiempo un elemento básico de la ciencia ficción y, a menudo, en el papel de villanos como los Cylons en el reinicio de "Battlestar Galactica", criaturas compuestas de materiales biológicos y de ingeniería. Pero, ¿y si estoslas máquinas blandas fueron ... útiles?
Esta es la visión de un equipo de investigadores de Penn State y la Fuerza Aérea de EE. UU., Descrita en un artículo reciente en Comunicaciones de la naturaleza . Estos investigadores produjeron un metamaterial mecánico suave que puede "pensar" en cómo se le aplican las fuerzas y responder a través de reacciones programadas. Esta plataforma tiene un gran potencial para una variedad de aplicaciones, desde tratamientos médicos hasta mejorar el medio ambiente.
"Creamos metamateriales mecánicos blandos con redes de polímeros conductores flexibles que pueden calcular todos los cálculos lógicos digitales", dijo Ryan Harne, profesor asociado de desarrollo profesional James F. Will, Penn State.hacer funcionalidad en materiales de ingeniería de una manera que podría respaldar los futuros sistemas de ingeniería autónomos y blandos que están investidos con los elementos básicos de las formas de vida, pero que están programados para realizar servicios útiles para las personas. Estos podrían incluir ayudar a mantener una infraestructura sostenible y robusta, monitoreo de aerotransportados ycontaminantes y patógenos transmitidos por el agua, ayudando con la cicatrización de heridas del paciente, y más. "
Los procesos de pensamiento humano se basan en la lógica, señala Harne, que es similar a la lógica booleana de las matemáticas. Este enfoque utiliza entradas binarias para procesar salidas de control binarias, utilizando solo secuencias de "encendido" y "apagado" para representar todo el pensamiento y la cognición.. Los materiales blandos que el equipo de investigación creó "piensan" mediante la reconfiguración de las redes de polímeros conductores. La fuerza mecánica, aplicada a los materiales, conecta y reconecta la red.
Usando una entrada de bajo voltaje en los materiales, el equipo de investigación creó una forma para que el material blando decida cómo reaccionar de acuerdo con la señal de voltaje de salida de la red de polímero conductor reconfigurada.
El tipo de lógica que utilizan Harne y el equipo va más allá de la lógica mecánica pura, que es una forma de utilizar combinaciones de interruptores biestables interruptores con dos estados estables para representar los "0" y "1" de un binariosecuencia numérica. Descubrieron que cuando usaban lógica mecánica pura, los investigadores terminaban atascados porque ciertas operaciones lógicas no se pueden construir.
"Llegas a un punto en el que no puedes procesar las ocho puertas lógicas", dijo Harne. "Puedes procesar cuatro de ellas, pero no puedes procesar las cuatro últimas. Descubrimos la forma de incorporar sistemas eléctricosseñales junto con señales mecánicas, lo que nos permite procesar todas las puertas lógicas utilizadas en la informática digital moderna ".
La clave para realizar todas las puertas lógicas estaba en la combinación de la red de polímero eléctrico con el material blando y deformable. Los investigadores crearon las operaciones lógicas reconfigurando simultáneamente el material blando y la red conductora de electricidad.
Esto también asegura que la salida binaria sea en forma de electricidad, que es necesaria para impulsar un mecanismo de actuación que hace que el material responda a la fuerza mecánica aplicada. La combinación de señales eléctricas y mecánicas permite que la máquina se mueva para salirdel camino o para empujar hacia atrás en una determinada dirección.
Harne y el equipo quieren ir más allá de un solo material y diseñar algo más complejo.
"Tengo una visión de cómo los científicos e ingenieros pueden crear sistemas vivos diseñados que ayuden a la sociedad", dijo Harne. "Todo lo que necesita hacer es reunir todas las funciones de las formas de vida. Y cuando lo hace, tienea su disposición los componentes básicos de la vida diseñada ".
Si bien todo esto parece ciencia ficción, Harne cree que tiene un potencial tremendo.
"Es algo de ciencia ficción, tengo que admitirlo, y diré, algunos colegas piensan que estoy un poco loco", dijo Harne. "Pero si nosotros, como ingenieros y científicos, entendemos todolas cosas que componen la vida, ¿por qué no estamos tratando de crear seres vivos diseñados que puedan ayudar a las personas? "
Junto con Harne, otros autores del estudio incluyen de Penn State Charles El Helou, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica y del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU., Philip Buskohl y Christopher Tabor.
El Premio al Desarrollo Profesional Temprano de la Fundación Nacional de Ciencias de Harne y la Fuerza Aérea de los EE. UU. Financiaron esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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