Acercándose a la posibilidad de "materiales que computan" y usando su computadora en la manga, los investigadores de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh han diseñado un material híbrido sensible que se alimenta de una reacción química oscilatoria y puede realizar cálculos basados enen cambios en el entorno o movimiento, y potencialmente incluso responder a los signos vitales humanos. El sistema material es lo suficientemente pequeño y flexible como para que pueda integrarse en un tejido o introducirse como un inserto en un zapato.
Anna C. Balazs, Ph.D., distinguida profesora de ingeniería química y petrolera, y Steven P. Levitan, Ph.D., John A. Jurenko, profesor de ingeniería eléctrica e informática, modelos integrados para geles de polímeros auto-oscilantesy sistemas microelectromecánicos piezoeléctricos para diseñar un nuevo sistema de material reactivo capaz de realizar cálculos sin entradas de energía externas, amplificación o mediación por computadora.
Su investigación, "Lograr la sincronización con materiales híbridos activos: geles auto-oscilantes de acoplamiento y películas piezoeléctricas PZ" apareció el 24 de junio en la revista Informes científicos publicado por Nature DOI: 10.1038 / srep11577. Los estudios combinan la investigación de Balazs en geles Belousov-Zhabotinsky BZ, una sustancia que oscila en ausencia de estímulos externos, y la experiencia de Levitan en modelado computacional y basado en osciladoresAl trabajar con el Dr. Victor V. Yashin, profesor asistente de investigación de ingeniería química y petrolera y autor principal del artículo, los investigadores desarrollaron reglas de diseño para crear un material híbrido "BZ-PZ".
"La reacción BZ impulsa la oxidación periódica y la reducción de un catalizador metálico que está anclado al gel; esto, a su vez, hace que el gel se hinche y encoja. Ponemos un delgado voladizo piezoeléctrico PZ sobre el gel para que cuandola PZ es doblada por el gel oscilante, genera un potencial eléctrico voltaje. Por el contrario, un potencial eléctrico aplicado al voladizo PZ hace que se doble ", dijo Balazs." Entonces, cuando una sola unidad BZ-PZ está conectada aEn otra unidad de este tipo, la expansión del gel oscilante BZ en la primera unidad desvía el voladizo piezoeléctrico, que produce un voltaje eléctrico. El voltaje generado a su vez provoca una desviación del voladizo en la segunda unidad; esta desviación impone una fuerza sobre el subyacenteGel BZ que modifica sus oscilaciones. La oscilación resultante "ver-ver-como" permite la comunicación y el intercambio de información entre las unidades.
Se pueden conectar múltiples unidades BZ-PZ en serie o en paralelo, lo que permite generar y almacenar patrones de oscilación más complicados en el sistema. En efecto, estos diferentes patrones oscilatorios forman un tipo de "memoria", permitiendo que el material seautilizado para el cálculo. Levitan agrega, sin embargo, los cálculos no serían de propósito general, sino más bien específicos para la coincidencia y reconocimiento de patrones u otras operaciones no booleanas.
"Imagine un grupo de tubos de órgano, y cada uno es un acorde diferente. Cuando introduce un nuevo acorde, uno resuena con ese patrón en particular", dijo Levitan. "Del mismo modo, supongamos que tiene una matriz de osciladores y cada uno tieneun patrón oscilante. Cada conjunto de osciladores reflejaría un patrón particular. Luego, introduce un nuevo patrón de entrada externo, digamos de un toque o un latido. Los materiales mismos reconocen el patrón y responden en consecuencia, realizando así la computación real ".
El desarrollo de los llamados "materiales que computan" aborda las limitaciones inherentes a los sistemas utilizados actualmente por los investigadores para realizar computación química o computación basada en osciladores. Los sistemas de computación química están limitados tanto por la falta de un sistema de energía interno como por la tasadifusión a medida que las ondas químicas se extienden por todo el sistema, permitiendo solo el acoplamiento local. Además, la computación basada en osciladores no se ha traducido en un material potencialmente portátil. El modelo híbrido BZ-PZ, que nunca se ha propuesto anteriormente, resuelve estos problemas y puntosal potencial de diseñar sistemas de materiales sintéticos que sean autoalimentados.
Balazs y Levitan notan que el modelo actual de gel BZ-PZ oscila en períodos de decenas de segundos, lo que permitiría operaciones simples no booleanas o reconocimiento de patrones de patrones como el movimiento humano. El siguiente paso para los doctores Balazs y Levitan espara agregar una capa de entrada para el reconocimiento de patrones, algo que se ha logrado en otras tecnologías pero que se aplicará a geles auto-oscilantes y películas piezoeléctricas por primera vez.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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