En fremtid med nyttige konstruerede levende maskiner?

Konstrueret, autonome maskiner kombineret med kunstig intelligens har længe været en fast bestanddel af science fiction, og ofte i rollen som skurk som Cylons i genstarten "Battlestar Galactica", skabninger sammensat af biologiske og konstruerede materialer. Men hvad nu hvis disse autonome bløde maskiner var ... nyttige?

Dette er visionen for et team af forskere fra Penn State og U.S. Air Force, skitseret i et nyligt papir i Naturkommunikation . Disse forskere producerede en blød, mekanisk metamateriale, der kan "tænke" om, hvordan kræfter påføres det og reagere via programmerede reaktioner. Denne platform rummer et stort potentiale for en række forskellige applikationer fra medicinske behandlinger til forbedring af miljøet.

"Vi skabte bløde, mekaniske metamaterialer med fleksible, ledende polymernetværk, der kan beregne alle digitale logiske beregninger, "sagde Ryan Harne, James F. Will Career Development Lektor, Penn State. "Vores papir rapporterer en måde at skabe beslutningsfunktionalitet i konstruerede materialer på en måde, der kan understøtte fremtidig blød, autonome konstruerede systemer, der er investeret i de grundlæggende elementer i livsformer, men alligevel er programmeret til at udføre nyttige tjenester for mennesker. Disse kan omfatte at hjælpe med at opretholde bæredygtig og robust infrastruktur, overvågning af luftbårne og vandbårne forurenende stoffer og patogener, hjælpe med patientens sårheling, og mere."

Menneskelige tankeprocesser er baseret på logik, Harne bemærker, hvilket ligner boolsk logik fra matematik. Denne fremgangsmåde bruger binære input til at behandle binære kontroloutputs - kun ved hjælp af "on" og "off" sekvenser til at repræsentere al tanke og erkendelse. De bløde materialer, som forskergruppen skabte, tænker "ved hjælp af rekonfiguration af de ledende polymernetværk. Mekanisk kraft, anvendt på materialerne, forbinder, og tilslutter netværket igen.

Ved hjælp af en lavspændingsindgang i materialerne, forskergruppen skabte en måde for det bløde materiale til at beslutte, hvordan man reagerer i henhold til udgangsspændingssignalet fra det rekonfigurerede ledende polymernetværk.

Den logik, Harne og teamet bruger, går ud over ren mekanisk logik, som er en måde at bruge kombinationer af bistabile switches - switches med to stabile tilstande - til at repræsentere "0'erne" og "1s" i en binær talssekvens. De fandt ud af, at når de brugte ren mekanisk logik, forskerne endte med at sidde fast, fordi visse logiske operationer ikke kan konstrueres.

"Du rammer et punkt, hvor du faktisk ikke kan behandle alle de otte logiske porte, "Harne sagde." Du kan behandle fire af dem, men du kan ikke behandle de sidste fire. Vi opdagede måden at inkorporere elektriske signaler sammen med mekaniske signaler, giver os mulighed for at behandle alle de logiske porte, der bruges i moderne digital computing. "

Nøglen til at realisere alle de logiske porte var i kombinationen af ​​det elektriske polymernetværk med det bløde, deformerbart materiale. Forskerne skabte de logiske operationer ved samtidig at omkonfigurere det bløde materiale og det elektrisk ledende netværk.

Dette sikrer også, at den binære output er i form af elektricitet, som er nødvendig for at drive en aktiveringsmekanisme, der får materialet til at reagere på den påførte mekaniske kraft. Kombinationen af ​​elektriske og mekaniske signaler giver maskinen mulighed for at bevæge sig for at komme af vejen eller skubbe tilbage i en bestemt retning.

Harne og teamet vil gå ud over et enkelt materiale og designe noget mere komplekst.

"Jeg har en vision om, hvordan forskere og ingeniører kan skabe konstruerede levende systemer, der hjælper samfundet, "Harne sagde." Alt hvad du skal gøre er at samle alle livsformers funktioner. Og når du gør det, du råder over byggestenene i det konstruerede liv. "

Selvom alt dette ligner science fiction, Harne mener, at det har et enormt potentiale.

"Det er noget sci-fi, Det må jeg indrømme, og jeg vil sige, Jeg har fået kolleger til at synes, at jeg er lidt skør, "Harne sagde." Men hvis vi som ingeniører og forskere forstår alle de ting, der udgør livet, hvorfor forsøger vi ikke at lave konstruerede levende ting, der kan hjælpe mennesker? "