Los nuevos metamateriales aprenden formas, adaptan su comportamiento y se mueven como sistemas vivos
En trabajos futuros, los investigadores planean lograr un comportamiento de aprendizaje dependiente del tiempo en lugar de cambios hacia una forma estática
Los metamateriales son materiales inteligentes de origen artificial, es decir, creador por el ser humano y que no es posible encontrarlos en la naturaleza, a diferencia de otros como el oro, la plata o el litio. Debido a esto, tienen un gran beneficio para las industrias, ya que es posible generarlos sin depender apenas de la explotación de materiales convencional. Se utilizan principalmente en elementos electrónicos por su estructura molecular, la cual aporta también ciertas ventajas.
Muchos metamateriales tienen grandes capacidad electromagnéticas debido a su estructura y a la composición de carbono, lo que ayuda a su utilización en el mundo de la electrónica. También resultan interesantes en el campo de la óptica y el electromagnetismo por su índice de refracción negativo, lo cual hace que la percepción de los objetos a través de una lente sea contraria a la que de verdad es. Esto significa que son capaces de modificar la longitud de onda de la luz que reflejan, haciendo que un objeto desaparezca o se vuelva visible.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Ámsterdam acaban de presentar materiales artificiales que cobran vida: no son solo capaces de aprender a cambiar de forma, sino que pueden adaptar de forma autónoma su estrategia de transformación, realizar acciones reflejas y moverse como lo hacen los seres vivos. El estudio ha sido publicado en Nature Physics.
El aprendizaje otorga a nuestros metamateriales la capacidad de evolucionar
Los investigadores crearon materiales sintéticos (metamateriales) que aprenden y se adaptan sin un «cerebro» central. Los que tienen forma de gusano aprenden progresivamente a cambiar de forma mediante el entrenamiento con ejemplos. Pueden olvidar formas antiguas y aprender otras nuevas, o aprender y recordar varias formas a la vez y alternas entre ellas, permitiéndoles realizar tareas avanzadas como agarrar un objeto o desplazarse.
Yao Du, candidato a doctorado en el Laboratorio de Materiales para Máquinas de la UvA y primer autor del artículo, afirma: "La observación más fascinante de nuestra investigación fue que el aprendizaje otorga a nuestros metamateriales la capacidad de evolucionar: una vez que el sistema comienza a aprender, las posibilidades de su desarrollo final parecen casi ilimitadas".
Estos materiales son cadenas de bisagras motorizadas idénticas unidas por un esqueleto elástico. Cada bisagra cuenta con un microcontrolador que mide su rotación, memoriza sus movimientos anteriores e intercambia información con las bisagras vecinas. En respuesta a esta información, cada bisagra puede ejercer un par (una fuerza de rotación) que modifica su rigidez y posición preferida, de modo que el material aprende a adoptar una nueva forma.
La innovadora investigación se basa en estudios previos del Laboratorio de Materiales para Máquinas sobre locomoción «sin cerebro», donde se demostró que objetos "extraños" diseñados por el equipo rodaban, se arrastraban y se movían de forma autónoma sobre terrenos impredecibles. Sin embargo, estos metamateriales no podían aprender ni memorizar nuevos comportamientos.
Según Du: "En trabajos futuros, nuestro objetivo es lograr un comportamiento de aprendizaje dependiente del tiempo en lugar de cambios hacia una forma estática. Por ejemplo, permitir que los metamateriales aprendan diferentes patrones de locomoción, como gatear o rodar, según los estímulos ambientales. También planeamos investigar los llamados escenarios estocásticos, donde el aprendizaje se produce con ruido e incertidumbre. En tales casos, el sistema se adaptaría de forma probabilística en lugar de determinista, mejorando la robustez y la flexibilidad en entornos complejos".