In un documento pubblicato da Nature Reviews Materials , i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory forniscono una panoramica dei progressi compiuti nei materiali con architettura reattiva che possono trasformarsi in una forma particolare e mostrare nuove proprietà se esposti a calore, forze magnetiche o elettriche, reazioni chimiche o elettrochimiche e deformazioni meccaniche.
Secondo i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), i recenti progressi nei materiali architettonici preprogrammati potrebbero consentire nuove funzioni che possono evolversi in risposta ai loro ambienti o stimoli esterni.
In un articolo pubblicato da Nature Reviews Materials , i ricercatori LLNL forniscono una panoramica dei progressi compiuti nei materiali con architettura reattiva che possono trasformarsi in una forma particolare e mostrare nuove proprietà se esposti a calore, forze magnetiche o elettriche, reazioni chimiche o elettrochimiche e deformazioni meccaniche. Gli autori spiegano anche i meccanismi di programmazione e trasformazione di ciascun approccio ed esaminano potenziali applicazioni, inclusi dispositivi medici impiantabili, robotica e sensori chimici o meccanici. Il diario conterrà il documento sulla copertina di una prossima edizione cartacea.
"La produzione additiva ha permesso di creare materiali architettonici che hanno proprietà migliorate e nuove funzionalità rispetto ai materiali costituenti grazie alle loro strutture interne ed esterne accuratamente progettate", ha affermato Xiaoxing Xia, scienziato dello staff di LLNL e autore principale. "Questi materiali architettonici reattivi non sono stagnanti dopo la fabbricazione; possono evolversi nello spazio e nel tempo seguendo una traiettoria programmata e possono rispondere a varie forme di stimoli, siano essi meccanici, termici, elettromagnetici o chimici, e trasformare la loro forma, cambiare proprietà o navigare autonomamente."
Valutando lo stato attuale dei materiali con architettura reattiva, Xia e il team confrontano i materiali reattivi con i fenomeni dinamici che si trovano nei materiali classici, come la trasformazione di fase e gli isolanti topologici, e li descrivono nel quadro del calcolo e dell'apprendimento automatico. I materiali progettati non solo possono condurre una logica meccanica preprogrammata, ma possono anche essere addestrati e ottimizzati dall'apprendimento automatico.
Le reti neurali profonde stanno "potenzialmente trasformando" per la progettazione di materiali con risposte meccaniche o elettromagnetiche superiori, hanno affermato i ricercatori. Ad esempio, gli algoritmi di deep learning potrebbero allenarsi su immagini di geometrie e usarle per generare nuove strutture con prestazioni ottimizzate, o progettare materiali architettonici che possono essere stampati in 3D e fungere da nuclei fisici per eseguire attività di inferenza, come numeri scritti a mano o il riconoscimento vocale delle vocali, in tempo reale in risposta a suoni o luci, hanno concluso.
In futuro, i materiali con architettura reattiva potrebbero trovare la loro strada nei dispositivi medici impiantabili, come veicoli per la somministrazione di farmaci, nelle tecnologie di "cloaking" o nei robot autonomi, o essere utilizzati per archiviare o rivelare informazioni sensibili su richiesta, hanno affermato i ricercatori. Essi ipotizzano che tali materiali potrebbero un giorno evolversi per imparare da esperienze passate o attuali, proprio come il cervello umano.
"I materiali architettati stanno diventando sempre più intelligenti e, in futuro, possono essere neuromorfici, il che significa che possono emulare la struttura e la funzione del cervello", ha detto Xia. "Qui ci stiamo ponendo la domanda:'E se potessero diventare senzienti sviluppando la preferenza per determinati stimoli rispetto ad altri, il che è analogo a provare felicità o dolore?' Potrebbero essere un sistema modello per lo studio del cervello".
Julia Greer, professoressa e scienziata dei materiali presso il California Institute of Technology, è stata una delle coautori dell'articolo. Ha detto che immagina un futuro in cui i materiali progettati su scala nanometrica sostituiranno i materiali convenzionali in molte aree della vita quotidiana e un giorno potrebbero persino raggiungere un certo livello di sensibilità.
"Per realizzare questa visione dei materiali architettonici onnipresenti nella società, non solo utilizzati nella scienza e nell'ingegneria, avremo bisogno di modelli computazionali nuovi, più efficienti e accurati in grado di catturare la meccanica e la fisica della produzione additiva a un prezzo accessibile", ha affermato Greer . "Sapendo che ci sono molte persone di talento che lavorano su questi problemi, non vedo l'ora che arrivi il giorno in cui potremo creare materiali e dispositivi progettati con la capacità di prendere decisioni da soli". + Esplora ulteriormente
