El potencial para desarrollar "materiales que computan" ha dado otro salto en la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, donde los investigadores han demostrado por primera vez que el material puede diseñarse para reconocer patrones simples. Este material híbrido sensible,impulsado por sus propias reacciones químicas, algún día podría integrarse en la ropa y usarse para controlar el cuerpo humano, o desarrollarse como una piel para robots "blandos".
"Reconocimiento de patrones para materiales que computan", publicado en la revista AAAS Avances científicos , continúa la investigación de Anna C. Balazs, profesora distinguida de ingeniería química y petrolera, y Steven P. Levitan, profesor de ingeniería eléctrica e informática John A. Jurenko. Los coinvestigadores son Yan Fang, autor principal y estudiante de posgradoinvestigador del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, y Victor V. Yashin, Profesor Asistente de Investigación de Ingeniería Química y del Petróleo.
Los cálculos se modelaron utilizando geles Belousov-Zhabotinsky BZ, una sustancia que oscila en ausencia de estímulos externos, con un voladizo superpuesto piezoeléctrico PZ. Estas llamadas unidades BZ-PZ combinan la investigación del Dr. Balazs enBZ gels y la experiencia del Dr. Levitan en modelado computacional y sistemas informáticos basados en osciladores.
"Los cálculos BZ-PZ no son digitales, como la mayoría de las personas están familiarizados, por lo que reconocer algo así como un patrón borroso dentro de una imagen requiere una computación no convencional", explicó el Dr. Balazs. "Por primera vez, hemos podidopara mostrar cómo estos materiales realizarían los cálculos para el reconocimiento de patrones "
El Dr. Levitan y el Sr. Fang almacenaron primero un patrón de números como un conjunto de polaridades en las unidades BZ-PZ, y los patrones de entrada se codifican a través de la fase inicial de las oscilaciones impuestas en estas unidades. El modelo computacional reveló queel patrón de entrada más cercano al patrón almacenado exhibe el tiempo de convergencia más rápido al comportamiento de sincronización estable, y es el más efectivo para reconocer patrones. En este estudio, los materiales fueron programados para reconocer píxeles en blanco y negro en forma de números quehabía sido distorsionado
En comparación con una computadora tradicional, estos cálculos son lentos y toman minutos. Sin embargo, el Dr. Yashin señala que los resultados son similares a los de la naturaleza, que se mueve al "ritmo de un caracol".
"Los eventos individuales son lentos porque el período de las oscilaciones BZ es lento", dijo el Dr. Yashin. "Sin embargo, hay algunas tareas que necesitan un análisis más largo y tienen una función más natural. Es por eso que este tipo de sistema esperfecto para monitorear ambientes como el cuerpo humano "
Por ejemplo, el Dr. Yashin dijo que los pacientes que se recuperan de una lesión en la mano pueden usar un guante que controla el movimiento y pueden informar a los médicos si la mano se está curando adecuadamente o si el paciente ha mejorado la movilidad. Otro uso sería monitorear a las personas enriesgo de aparición temprana de Alzheimer, al usar calzado que analice la marcha y compare los resultados con los movimientos normales, o una prenda que monitoree la actividad cardiovascular para las personas con riesgo de enfermedad cardíaca o accidente cerebrovascular.
Dado que los dispositivos convierten las reacciones químicas en energía eléctrica, no habría necesidad de energía eléctrica externa. Esto también sería ideal para un robot u otro dispositivo que podría utilizar el material como una piel sensorial.
"Nuestro próximo objetivo es expandirnos del análisis de píxeles en blanco y negro a imágenes en escala de grises y más complicadas, así como mejorar la capacidad de almacenamiento de los dispositivos", dijo el Sr. Fang. "Este fue un paso emocionante para nosotrosy revela que el concepto de "materiales que computan" es viable "
La investigación está financiada por una subvención de cinco años de la Fundación Nacional de Ciencias de NSF integrada que promueve la investigación interdisciplinaria y la educación INSPIRE, que se centra en problemas científicos complejos y apremiantes que se encuentran en la intersección de las disciplinas tradicionales.
"A medida que la tecnología de rendimiento informático se acerca al final del crecimiento de la ley de Moore, las demandas y la naturaleza de la informática están evolucionando", señaló Sankar Basu, director del programa NSF. "Este trabajo en la Universidad de Pittsburgh, respaldado por NSF, esUn ejemplo de este cambio innovador de la computación digital tradicional basada en CMOS de silicio a una máquina sin von Neumann en un sustrato de polímero, con un notable bajo consumo de energía. El proyecto es un raro ejemplo de colaboración interdisciplinaria muy necesaria entre científicos de materiales y arquitectos informáticos."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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