Nuevo material que se adapta a la experiencia como si estuviera vivo

Inspirándose en los sistemas vivos, investigadores de la Universidad Aalto han desarrollado un nuevo material que cambia su comportamiento eléctrico en función de la experiencia previa.

Dichos materiales adaptables una forma básica de memoria adaptativa podrían desempeñar un papel vital en la próxima generación de sensores médicos y ambientales, así como en robots blandos o superficies activas.

Los materiales receptivos se han vuelto comunes en una variedad de aplicaciones, desde anteojos que se oscurecen con la luz solar hasta sistemas de administración de medicamentos. Pero los materiales existentes siempre reaccionan de la misma manera: su respuesta a un cambio no depende de su historia, ni se adaptan en función de su pasado.

Esto es fundamentalmente diferente de los sistemas vivos, que adaptan dinámicamente su comportamiento en función de las condiciones previas. "Uno de los próximos grandes desafíos en la ciencia de los materiales es desarrollar materiales verdaderamente inteligentes inspirados en organismos vivos. Queríamos desarrollar un material que ajustara su comportamiento en función de su historia", dice en un comunicado Bo Peng, investigador académico de la Universidad Aalto y uno de los autores principales de este estudio.

Los investigadores sintetizaron perlas magnéticas del tamaño de un micrómetro que luego fueron estimuladas por un campo magnético. Cuando el imán estaba encendido, las cuentas se apilaban para formar pilares. La fuerza del campo magnético afecta la forma de los pilares, lo que a su vez afecta a cómo conducen la electricidad.

"Con este sistema, acoplamos el estímulo del campo magnético y la respuesta eléctrica. Curiosamente, descubrimos que la conductividad eléctrica depende de si variamos el campo magnético rápida o lentamente. Eso significa que la respuesta eléctrica depende de la historia del campo magnético. El comportamiento eléctrico también era diferente si el campo magnético aumentaba o disminuía. La respuesta mostró biestabilidad, que es una forma elemental de memoria. El material se comporta como si tuviera memoria del campo magnético", explica Peng.

La memoria del sistema también le permite comportarse de una manera que se asemeja al aprendizaje rudimentario. Aunque el aprendizaje en los organismos vivos es enormemente complejo, su elemento más básico en los animales es un cambio en la respuesta de las conexiones entre las neuronas, conocidas como sinapsis.

Dependiendo de la frecuencia con la que se estimulen, las sinapsis en una neurona serán más difíciles o más fáciles de activar. Este cambio, conocido como plasticidad sináptica a corto plazo, hace que la conexión entre un par de neuronas sea más fuerte o más débil dependiendo de su historia reciente.

Los investigadores pudieron lograr algo similar con sus cuentas magnéticas, aunque el mecanismo es totalmente diferente. Cuando expusieron las perlas a un campo magnético de pulsos rápidos, el material se volvió mejor para conducir la electricidad, mientras que los pulsos más lentos hicieron que se condujera mal.

"Esto recuerda la plasticidad sináptica a corto plazo", dice el profesor y coautor Olli Ikkala. "Nuestro material funciona un poco como una sinapsis. Lo que hemos demostrado allana el camino para la próxima generación de materiales inspirados en la vida, que se basarán en el proceso biológico de adaptación, memoria y aprendizaje".

"En el futuro, podría haber aún más materiales inspirados algorítmicamente en propiedades similares a las de la vida, aunque no involucrarán toda la complejidad de los sistemas biológicos. Dichos materiales serán fundamentales para la próxima generación de robots blandos y para el monitoreo médico y ambiental", agrega Ikkala.