ingegnerizzato, le macchine autonome combinate con l'intelligenza artificiale sono state a lungo un caposaldo della fantascienza, e spesso nel ruolo di cattivo come i Cylon nel reboot di "Battlestar Galactica", creature composte da materiali biologici e ingegnerizzati. Ma cosa accadrebbe se queste macchine soft autonome fossero... utili?

Questa è la visione di un team di ricercatori della Penn State e della US Air Force, delineato in un recente articolo in Comunicazioni sulla natura . Questi ricercatori hanno prodotto un morbido, metamateriale meccanico che può "pensare" a come le forze vengono applicate ad esso e rispondere tramite reazioni programmate. Questa piattaforma ha un grande potenziale per una varietà di applicazioni, dai trattamenti medici al miglioramento dell'ambiente.

"Abbiamo creato morbido, metamateriali meccanici con flessibili, reti polimeriche conduttive in grado di calcolare tutti i calcoli logici digitali, " ha detto Ryan Harne, James F. Will Professore associato per lo sviluppo della carriera, Penn State. "Il nostro documento riporta un modo per creare funzionalità decisionali nei materiali ingegnerizzati in un modo che possa supportare il futuro morbido, sistemi ingegnerizzati autonomi che sono investiti con gli elementi di base delle forme di vita ma sono programmati per svolgere servizi utili per le persone. Questi potrebbero includere aiutare a mantenere infrastrutture sostenibili e robuste, monitoraggio di contaminanti e agenti patogeni trasportati dall'aria e dall'acqua, assistere nella guarigione delle ferite del paziente, e altro."

I processi del pensiero umano si basano sulla logica, note di Harne, che è simile alla logica booleana della matematica. Questo approccio utilizza input binari per elaborare uscite di controllo binarie, utilizzando solo sequenze "on" e "off" per rappresentare tutto il pensiero e la cognizione. I materiali morbidi che il team di ricerca ha creato "pensano" utilizzando la riconfigurazione delle reti polimeriche conduttive. forza meccanica, applicata ai materiali, si connette, e riconnette la rete.

Utilizzando un ingresso a bassa tensione nei materiali, il team di ricerca ha creato un modo per consentire al materiale morbido di decidere come reagire in base al segnale di tensione in uscita dalla rete polimerica conduttiva riconfigurata.

Il tipo di logica utilizzato da Harne e dal team va oltre la pura logica meccanica, che è un modo di utilizzare combinazioni di interruttori bistabili, interruttori con due stati stabili, per rappresentare gli "0" e gli "1" di una sequenza di numeri binari. Hanno scoperto che quando usavano la pura logica meccanica, i ricercatori hanno finito per rimanere bloccati perché certe operazioni logiche non possono essere costruite.

"Hai raggiunto un punto in cui non puoi effettivamente elaborare tutte e otto le porte logiche, " Ha detto Harne. "Puoi processarne quattro, ma non puoi elaborare gli ultimi quattro. Abbiamo scoperto il modo di incorporare segnali elettrici insieme a segnali meccanici, permettendoci di elaborare tutte le porte logiche utilizzate nella moderna informatica digitale."

La chiave per realizzare tutte le porte logiche era nella combinazione della rete polimerica elettrica con il morbido, materiale deformabile. I ricercatori hanno creato le operazioni logiche riconfigurando simultaneamente il materiale morbido e la rete elettricamente conduttiva.

Ciò garantisce anche che l'uscita binaria sia sotto forma di elettricità, che è necessario per azionare un meccanismo di attuazione che fa sì che il materiale risponda alla forza meccanica applicata. La combinazione di segnali elettrici e meccanici consente alla macchina di muoversi per togliersi di mezzo o per spingere indietro in una certa direzione.

Harne e il team vogliono andare oltre un singolo materiale e progettare qualcosa di più complesso.

"Ho una visione di come scienziati e ingegneri possono creare sistemi viventi ingegnerizzati che aiutino la società, "Harne ha detto. "Tutto quello che devi fare è riunire tutte le funzioni delle forme di vita. E quando lo fai, hai a tua disposizione gli elementi costitutivi della vita ingegnerizzata."

Anche se tutto questo sembra fantascienza, Harne crede che abbia un enorme potenziale.

"È un po' fantascienza, devo ammettere che, e dirò, Ho avuto colleghi che pensavano che fossi un po' pazzo, " ha detto Harne. "Ma se noi, come ingegneri e scienziati, comprendiamo tutte le cose che compongono la vita, perché non stiamo cercando di creare cose viventi ingegnerizzate che possano aiutare le persone?"