Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (EE.UU.), han creado el primer material polimérico suave que actúa como un 'cerebro'. El material detecta, 'piensa' y actúa sobre el estrés mecánico sin requerir circuitos adicionales para procesar estas señales. Los circuitos integrados son los componentes adecuados para procesar las señales y la información, en sistemas no biológicos, pero los científicos nunca antes los habían realizado en otra composición que no fueran semiconductores de silicio, según revelan los autores del estudio en un comunicado difundido este miércoles que fue publicado en Nature.
Según el investigador principal Ryan Harne, profesor de la universidad, el descubrimiento de su equipo, en colaboración la Fuerza Aérea de EE.UU., reveló la posibilidad de que casi cualquier material que nos rodea actúa con su propio circuito integrado, es capaz de 'pensar' sobre lo que sucede a su alrededor. "El material de polímero blando actúa como un cerebro que puede recibir cadenas digitales de información que luego se procesan, lo que da como resultado nuevas secuencias de información digital que pueden controlar las reacciones", informó Harne.
El material conductor contiene circuitos reconfigurables que pueden realizar combinaciones lógicas. Cuando el material de ingeniería recibe estímulos externos, traduce la entrada en información eléctrica que luego se procesa para crear señales de salida. Así, cuando se le aplica una fuerza mecánica que deforma el material, este digitaliza la información en señales que su red eléctrica puede transmitir y evaluar.
Décadas de investigación
Los resultados presentados por el equipo de Harne tienen sus antecedentes en los trabajos del matemático, ingeniero eléctrico y criptógrafo estadounidense, Claude Elwood Shannon, conocido como "el padre de la teoría de la información". Él describió una forma de crear un circuito integrado mediante la construcción de redes de conmutación mecánico-eléctricas (puertas lógicas binarias) que siguen las leyes de las matemáticas booleanas. Sin embargo, la teoría de Shannon se produjo casi 30 años antes de que se desarrollaran los circuitos integrados y la industria de los semiconductores no adoptó este método.
Los ingenieros de la universidad cambiaron el enfoque de un trabajo anterior de diseño de puertas lógicas, y sincronizaron completamente los principios de diseño con los articulados por Shannon. "Hicimos modificaciones considerables a la filosofía de diseño de Shannon para que nuestras redes mecánico-eléctricas cumplan con la realidad de las reglas de ensamblaje de circuitos integrados", declaró Harne. Con estas innovaciones, finalmente lograron diseñar los materiales mecánicos de circuitos integrados: "el cerebro efectivo de la materia artificial", como lo nombra Harne.
Su aplicación
El material podría usar la fuerza mecánica para realizar complejos cálculos aritméticos, o detectar frecuencias de radio para comunicar señales de luz específicas, entre otros posibles ejemplos de traducción. Los investigadores creen que las posibilidades de uso son amplias porque los circuitos integrados se pueden programar para hacer mucho.
Según Harne, el material utiliza un proceso de 'pensamiento' similar al de los humanos y tiene aplicaciones potenciales en sistemas autónomos de búsqueda y rescate, en reparaciones de infraestructura e incluso en materiales biohíbridos que pueden identificar, aislar y neutralizar patógenos en el aire. Los investigadores ahora están desarrollando el material para procesar la información visual como lo hacen con las señales físicas.