Жива материя без биология: Нови метаматериали демонстрират поведението на прост организъм (видео)

Изследователи от Нидерландия създадоха нов клас метаматериали, способни да се учат да променят формата си, да адаптират поведението си и да се движат без централен контролер. За разлика от конвенционалните материали, които реагират на външните сили по предварително определен начин, тези изкуствени системи се държат като жива материя, като коригират реакциите си въз основа на минали взаимодействия. Това им позволява да изпълняват задачи, които обикновено изискват програмируеми роботи.

Материалите са проектирани като вериги от идентични моторизирани шарнири, свързани с еластична структура. Всеки шарнир съдържа микроконтролер, който проследява собственото му движение, запомня миналите състояния и комуникира със съседните елементи. Това разпределено устройство позволява на материала да координира поведението си на местно ниво, без единна система за управление. С течение на времето структурата се научава да реагира на външните въздействия, като регулира движението и взаимодействието на всеки шарнир.

Метаматериалът се учи чрез повтарящи се взаимодействия: огъване на някои шарнири и насочване на други в желаната конфигурация. При всеки цикъл системата актуализира силата, упражнявана от всеки шарнир. В резултат на това материалът се научава самостоятелно да възпроизвежда обучената форма със същия входен сигнал, да забравя старите конфигурации и да запомня нови или да съхранява няколко форми, като превключва между тях.

Според изследователите, учени от Университета в Амстердам, най-вълнуващото нещо в тези метаматериали е способността им да се развиват. След като една система започне да се учи, възможностите за това докъде може да я доведе изглеждат почти неограничени. Тази способност за развитие на поведение без централизиран контрол бележи прехода от програмируеми материали към системи, които могат да се адаптират в реално време, пише IE.

Подобно на простите живи организми, материалите могат да хващат предмети и да се движат по повърхности. Всяко съединение прилага въртящ момент въз основа на местната информация, променяйки твърдостта и предпочитаната позиция, което позволява на цялата верига динамично да се пренастройва в отговор на условията на околната среда.

Следващата стъпка е да се премине от статични форми към поведение, зависещо от времето, за да може да се превключва между моделите на движение (напр. пълзене или търкаляне). Изследователите планират също така да проучат поведението на системата в условията на неопределеност, при което обучението се осъществява под въздействието на шум и реакциите стават вероятностни. Работата отразява нарастващия интерес към материали, които съчетават физическата структура с адаптивната интелигентност, откривайки нови пътища в роботиката, меките машини и реагиращите системи.

Възможността да се създават обекти, които се държат като живи същества, отваря огромни перспективи пред меката роботика. Вместо сложни системи от кабели и мотори, бъдещите роботи биха могли да бъдат изработени изцяло от такива „умни“ материали, което ще ги направи по-издръжливи и енергийно ефективни.