Gli scienziati hanno a lungo cercato di inventare materiali in grado di rispondere al mondo esterno in modo prevedibile, modi di autoregolazione. Ora, nuova ricerca condotta presso l'Università del Massachusetts Amherst e che appare nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ci avvicina di un passo a quell'obiettivo. Per la loro ispirazione, gli scienziati guardavano alla natura.

lamprede che nuotano, cavalli che camminano, e insetti che volano:ognuno di questi comportamenti è reso possibile da una rete di oscillatori, meccanismi che producono un movimento ripetitivo, come agitare la coda, facendo un passo, o sbattere un'ala. Cosa c'è di più, questi oscillatori naturali possono rispondere al loro ambiente in modi prevedibili. In risposta a diversi segnali, possono cambiare rapidamente velocità, passare da una modalità all'altra, o smettere di cambiare del tutto. "La domanda, "dice Hyunki Kim, l'autore principale del giornale, insieme al Subramanian Sundaram della Boston University, un recente destinatario di un dottorato di ricerca in scienza e ingegneria dei polimeri presso UMass Amherst, "è possibile realizzare materiali morbidi, come plastica, polimeri, e strutture nanocomposte, che possono rispondere allo stesso modo?" La risposta, come i documenti della squadra, è un sì definitivo.

Una delle principali difficoltà che il team ha risolto è stata quella di far funzionare una serie di oscillatori all'unisono tra loro, un presupposto per un coordinamento, movimento prevedibile. "Abbiamo sviluppato una nuova piattaforma dove possiamo controllare con notevole precisione l'accoppiamento degli oscillatori, "dice Ryan Hayward, James e Catherine Patten Docente Professore di Ingegneria Chimica e Biologica presso l'Università del Colorado Boulder, e uno dei coautori del documento. Quella piattaforma si basa su un'altra forza naturale, noto come effetto Marangoni, che è un fenomeno che descrive il movimento dei solidi lungo l'interfaccia tra due fluidi guidati da variazioni di tensione superficiale. Un classico, esempio reale dell'effetto Marangoni si verifica ogni volta che lavi i piatti. Quando schizzi il detersivo per i piatti in una padella piena d'acqua sulla cui superficie sono cosparse uniformemente le briciole della tua cena, puoi guardare come le briciole scappano ai bordi della padella una volta che il sapone colpisce l'acqua. Questo perché il sapone cambia la tensione superficiale dell'acqua, e le briciole vengono tirate via dalle zone di basso, tensione superficiale saponosa, verso i bordi della padella dove la tensione superficiale rimane alta.

"Tutto si riduce alla comprensione del ruolo delle interfacce e del profondo impatto della combinazione di materiali polimerici e metallici in strutture composite, "dice Todd Emrick, coautore e professore di scienza e ingegneria dei polimeri presso UMass. Invece di acqua saponata e pentole, il team ha utilizzato dischi nanocompositi di idrogel costituiti da gel polimerici e nanoparticelle d'oro, sensibili ai cambiamenti di luce e temperatura. Il risultato è stato che il team è stato in grado di progettare una gamma diversificata di oscillatori in grado di muoversi all'unisono tra loro e rispondere in modo prevedibile ai cambiamenti di luce e temperatura. "Ora possiamo progettare comportamenti accoppiati complessi che rispondono a stimoli esterni, "dice Kim.