Tarihine Uyum Sağlayan Yeni Nesil Malzeme
Fotoğraf : Farklı manyetik alan uygulamalarına dayalı olarak SFNCS’lerin elektrikle çalışan mikro sütunlarının dinamik olarak monte edilmesine ve sökülmesine dayalı olarak ayarlanabilir, çift, tarihe bağlı ve atımlı plastisite şemaları. B’nin artması ve azalması üzerine I elektrik akımının çift kararlılığı, koloidal sıkışma nedeniyle histeretik elektriksel belleğe yol açar. B atımlı, atımlı frekansa bağlı olarak ani ayarlı elektrik iletkenliğine yol açar ve sistemi dengeden çıkarabilir.
Canlı sistemlerden ilham alan Aalto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, önceki deneyimlere dayanarak elektriksel davranışını değiştiren ve ona temel bir uyarlanabilir bellek biçimi veren yeni bir malzeme geliştirdiler. Bu tür uyarlanabilir malzemeler, yeni nesil tıbbi ve çevresel sensörlerin yanı sıra yumuşak robotlarda veya aktif yüzeylerde hayati bir rol oynayabilir.
Duyarlı malzemeler, güneş ışığında kararan camlardan ilaç salım sistemlerine kadar bir dizi uygulamada yaygın hale geldi. Ancak mevcut malzemeler her zaman aynı şekilde tepki verir; bir değişime verdikleri yanıt geçmişlerine bağlı değildir ve geçmişlerine göre uyum sağlamazlar. Bu, davranışlarını önceki koşullara göre dinamik olarak uyarlayan canlı sistemlerden temel olarak farklıdır. Bu çalışmanın üst düzey yazarlarından biri olan Aalto Üniversitesi Akademi Araştırmaları Akademi Araştırma Görevlisi Bo Peng, “Malzeme bilimindeki bir sonraki büyük zorluklardan biri, canlı organizmalardan ilham alan gerçekten akıllı malzemeler geliştirmektir. Geçmişine göre davranışını ayarlayacak bir malzeme geliştirmek istedik” dedi.
Araştırmacılar mikrometre büyüklüğünde manyetik parçacıklar sentezledi ve bu parçacıklar daha sonra manyetik bir alan tarafından uyarıldı. Mıknatıs açıkken, parçacıklar sütun oluşturacak şekilde istiflenir. Manyetik alanın gücü, sütunların şeklini etkiler ve bu da ne kadar iyi elektrik ilettiğini etkiler.
“Bu sistemle, manyetik alan uyarıcılarını ve elektriksel tepkisini birleştirdik. İlginç bir şekilde, elektrik iletkenliğinin manyetik alanı hızlı veya yavaş bir şekilde değiştirdiğimize bağlı olduğunu gördük. Bu, elektriksel tepkinin manyetik alanın geçmişine bağlı olduğu anlamına gelir. Manyetik alan büyüdüğünde veya azalırken elektriksel davranış da farklıydı. Yanıt, temel bir bellek biçimi olan çift yönlülüğü gösterdi. Peng, “Malzeme, sanki manyetik alanla ilgili bir hafızaya sahipmiş gibi davranıyor” diye açıkladı.
Sistemin hafızası aynı zamanda ilkel öğrenmeye benzer şekilde davranmasına izin verir. Canlı organizmalarda öğrenme son derece karmaşık olmasına rağmen, hayvanlardaki en temel unsuru, sinapslar olarak bilinen nöronlar arasındaki bağlantıların tepkisindeki bir değişikliktir. Ne sıklıkta uyarıldıklarına bağlı olarak, bir nörondaki sinapsların etkinleştirilmesi daha zor veya daha kolay hale gelir. Kısa süreli sinaptik plastisite olarak bilinen bu değişiklik, yakın geçmişlerine bağlı olarak bir çift nöron arasındaki bağlantıyı daha güçlü veya daha zayıf hale getirir.
Araştırmacılar, mekanizma tamamen farklı olsa da, manyetik parçacıklarla benzer bir şey başarabildiler. Parçacıkları hızlı darbeli bir manyetik alana maruz bıraktıklarında, malzeme elektriği iletmede daha iyi hale geldi, oysa daha yavaş darbe, kötü bir şekilde iletilmesine neden oldu.
Aalto’nun Seçkin Profesörü Olli Ikkala, “Bu, kısa süreli sinaptik plastisiteyi anımsatıyor” dedi. “Malzememiz biraz sinaps gibi işlev görüyor. Gösterdiğimiz şey, biyolojik adaptasyon, hafıza ve öğrenme sürecinden yararlanacak olan yeni nesil yaşamdan ilham alan materyallerin yolunu açıyor.”
“Gelecekte, biyolojik sistemlerin tüm karmaşıklığını içermese de, algoritmik olarak yaşam benzeri özelliklerden ilham alan daha fazla malzeme olabilir. Bu tür malzemeler, yeni nesil yumuşak robotlar ve tıbbi ve çevresel izleme için çalışmanın merkezinde olacak,” diye ekledi.
Araştırma Science Advances’te yayınlandı.
Kaynak : phys.org
