Metamaterial blando con capacidad de computación

Unos científicos han creado un asombroso metamaterial mecánico blando que puede "pensar" en las fuerzas que se le aplican y responder a ellas mediante reacciones programadas. Esta tecnología tiene un gran potencial para diversas aplicaciones, desde tratamientos médicos hasta la mejora del medio ambiente.

Los metamateriales de esta nueva clase cuentan con redes poliméricas flexibles y conductoras que pueden computar todos los tipos de cálculos lógicos que se ejecutan en los sistemas digitales.

El equipo de Ryan Harne, de la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos, ha ideado una forma de crear funcionalidades de toma de decisiones en esta clase de materiales de manera que puedan ser de utilidad en futuros robots blandos programados para realizar servicios de diversos tipos. Por ejemplo, podrían ayudar al mantenimiento de infraestructuras. O a detectar sustancias contaminantes y patógenos en el aire y en el agua.

Los procesos del pensamiento humano se basan en la lógica, que es similar a la lógica booleana de las matemáticas. Los materiales blandos creados por el equipo de Harne "piensan" mediante la reconfiguración de las redes de polímeros conductores. La fuerza mecánica, aplicada a los materiales, conecta y reconecta la red.

Además, utilizando una entrada de bajo voltaje en los materiales, el equipo de investigación ha establecido un modo de que el material blando decida cómo reaccionar según la señal de voltaje de salida de la red de polímeros conductores reconfigurada.

El tipo de lógica que Harne y sus colegas utilizan para esta clase de materiales va más allá de la pura lógica mecánica. Harne y sus colegas descubrieron la forma de incorporar señales eléctricas junto con señales mecánicas, lo que asegura que el material sea capaz de procesar todas las puertas lógicas utilizadas en la informática digital moderna.

Recreación artística del concepto de los nuevos metamateriales mecánicos blandos que son capaces de "pensar" sobre cómo les aplican fuerzas y responder a ellas mediante reacciones preprogramadas. (Imagen: Elizabeth Flores-Gomez Murray / Penn State)

La clave para disponer de todas las puertas lógicas está en la combinación de la red polimérica eléctrica con el material blando y deformable. Los investigadores habilitaron las operaciones lógicas reconfigurando simultáneamente el material blando y la red eléctrica conductora.

En la investigación también han intervenido, entre otros, Philip Buskohl y Christopher Tabor, ambos del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea Estadounidense.

Los últimos resultados de esta línea de investigación y desarrollo se han publicado en la revista académica Nature Communications, con el título “Digital logic gates in soft, conductive mechanical metamaterials”. (Fuente: NCYT de Amazings)