Des machines «vivantes» utiles et conçues dans le futur? Un nouveau métamatériau souple et réactif présente un potentiel pour une grande variété d’avantages sociétaux –

Telle est la vision d’une équipe de chercheurs de Penn State et de l’US Air Force, exposée dans un article récent de Communications de la nature. Ces chercheurs ont produit un métamatériau mécanique souple qui peut «réfléchir» à la façon dont les forces lui sont appliquées et réagir via des réactions programmées. Cette plate-forme recèle un grand potentiel pour une variété d’applications allant des traitements médicaux à l’amélioration de l’environnement.

«Nous avons créé des métamatériaux mécaniques souples avec des réseaux polymères flexibles et conducteurs capables de calculer tous les calculs de logique numérique», a déclaré Ryan Harne, professeur associé en développement de carrière James F. Will, Penn State. «Notre article décrit un moyen de créer une fonctionnalité de prise de décision dans des matériaux d’ingénierie d’une manière qui pourrait prendre en charge les futurs systèmes d’ingénierie souples et autonomes qui sont investis avec les éléments de base des formes de vie tout en étant programmés pour fournir des services utiles aux personnes. maintenir une infrastructure durable et robuste, surveiller les contaminants et les agents pathogènes en suspension dans l’air et dans l’eau, aider à la cicatrisation des patients, et plus encore. “

Les processus de pensée humaine sont basés sur la logique, note Harne, qui est similaire à la logique booléenne des mathématiques. Cette approche utilise des entrées binaires pour traiter les sorties de contrôle binaires – en utilisant uniquement des séquences «on» et «off» pour représenter toute la pensée et la cognition. Les matériaux souples que l’équipe de recherche a créés “pensent” en utilisant la reconfiguration des réseaux de polymères conducteurs. La force mécanique, appliquée aux matériaux, connecte et reconnecte le réseau.

En utilisant une entrée basse tension dans les matériaux, l’équipe de recherche a créé un moyen pour le matériau souple de décider comment réagir en fonction du signal de tension de sortie du réseau polymère conducteur reconfiguré.

Le type de logique qu’utilise Harne et son équipe va au-delà de la logique mécanique pure, qui consiste à utiliser des combinaisons de commutateurs bistables – commutateurs à deux états stables – pour représenter les «0» et «1» d’une séquence de nombres binaires . Ils ont constaté que lorsqu’ils utilisaient de la logique mécanique pure, les chercheurs finissaient par rester bloqués parce que certaines opérations logiques ne pouvaient pas être construites.

“Vous avez atteint un point où vous ne pouvez pas réellement traiter toutes les huit portes logiques”, a déclaré Harne. “Vous pouvez traiter quatre d’entre eux, mais vous ne pouvez pas traiter les quatre derniers. Nous avons découvert le moyen d’incorporer des signaux électriques avec des signaux mécaniques, ce qui nous permet de traiter toutes les portes logiques utilisées dans l’informatique numérique moderne.”

La clé pour réaliser toutes les portes logiques était dans la combinaison du réseau électrique polymère avec le matériau souple et déformable. Les chercheurs ont créé les opérations logiques en reconfigurant simultanément le matériau souple et le réseau électriquement conducteur.

Cela garantit également que la sortie binaire est sous la forme d’électricité, qui est nécessaire pour entraîner un mécanisme d’actionnement qui fait que le matériau répond à la force mécanique appliquée. La combinaison de signaux électriques et mécaniques permet à la machine de se déplacer pour s’écarter ou de repousser dans une certaine direction.

Harne et l’équipe veulent aller au-delà d’un seul matériau et concevoir quelque chose de plus complexe.

«J’ai une vision de la manière dont les scientifiques et les ingénieurs peuvent créer des systèmes vivants conçus pour aider la société», a déclaré Harne. “Tout ce que vous avez à faire est de rassembler toutes les fonctions des formes de vie. Et lorsque vous faites cela, vous avez à votre disposition les éléments constitutifs de la vie conçue.”

Bien que tout cela ressemble à de la science-fiction, Harne pense qu’il a un potentiel énorme.

“C’est un peu de la science-fiction, je dois admettre que, et je dirai, j’ai eu des collègues qui pensent que je suis un peu fou”, a déclaré Harne. “Mais si, en tant qu’ingénieurs et scientifiques, nous comprenons toutes les choses qui composent la vie, pourquoi n’essayons-nous pas de créer des êtres vivants conçus pour aider les gens?”

Avec Harne, d’autres auteurs de l’étude comprennent de Penn State Charles El Helou, étudiant au doctorat en génie mécanique et du laboratoire de recherche de l’US Air Force, Philip Buskohl et Christopher Tabor.

Le prix de développement de carrière de la National Science Foundation de Harne et l’US Air Force ont financé cette recherche.

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par État de Penn. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.