“智能”塑料片训练后会动,就像巴普洛夫的狗

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-12-11

无生命的物质也可以被“训练”得像小型人造肌肉一样进行运动。

巴甫洛夫的塑料

研究人员成功训练塑料片在光的指挥下“行走”。

图源:ZENG AND ZHANG ET AL / MATTER

谈到未来的类人机器人,一个由金属和代码构成的机器人形象也许会浮现在你的脑海中。然而,芬兰的研究人员正在制造一种可调的“微型机器人”,它可能成为生物医学工程的重要资产。

该“微型机器人”是由液晶聚合物网络(大多数塑料的原料)和一层有热反应的染料构成,能将能量转化成弯曲运动(就像手指弯曲),从而以蜗牛般的速度“行走”。

该研究已发表于《物质》杂志,这是无生命的物质第一次“学会”一个动作。研究人员用热反应及其与光的相互作用来完成这项动作,就像训练宠物一样。

来自坦佩雷应用科学大学的Arri Priimägi表示:“我们的研究主题基本上就是在探寻,一个没有生命的材料是否能够以一种非常简单的方式学到一个技能。”

学习是一系列过程,通过学习,生物系统或有机体会根据它们习得的经验来改变相应的行为。

但其中的复杂性是未知的,涉及感知、记忆、运动、意识和奖赏机制,而其中的许多个因素只与活体生物有所关联。

但简单的有机体则是通过基础的学习形式来学习,例如习惯、敏感性和最经典的条件作用。

而在微型机器人中,条件反射作用则被用来处理对中性刺激光做出反应——弯曲。

Priimägi说道:“我的同事、来自阿尔托大学的Olli Ikkala教授提出了一个问题,即‘物质材料也能学习吗?如果能,那意味着什么?’”

“于是,我们在实验中联手,做出了这个会学习的小机器人。”

当染料在表面扩散时,会使材料变蓝,这会增加整体的光吸收度,从而增强光热效应,并提高微型机器人的温度。

然后,它就“学会”了这项技能:受到光照——开始自我加热——做弯曲的动作。

除了行走,这种材料还可以识别并响应与其染料涂层相对应的不同波长的光。这个特性令它成为一种可远程控制、可调节的微型软体机器人,而这正是生物医学应用中的理想材料。

Priimägi表示:“我认为还有很多非常酷的地方。”

“它们表现得就像小型的人造肌肉。我相信在未来,不仅是生物医学,甚至是光子学等其它领域,都将受益于该技术。”

Priimägi表示,他们的研究灵感来自与巴甫洛夫的狗实验。在这个实验里,狗将食物与铃声建立了联系,因此一旦听到铃声,它们就会开始流口水。

他说道:“想一下我们的系统,热量就是食物,光线就是巴甫洛夫实验中的铃声。”

“很多人说,我们想的太远了点。从某种意义上来说,这些说法是对的,因为与生物系统相比,这项研究所使用的材料非常简单和有限。但在适当的条件下,这种类比是成立的。”

该团队的下一步计划是提高该系统的复杂性和可控性。


蝌蚪五线谱编译自cosmosmagazine,译者狗格格,转载须授权

扫码加蝌蚪五线谱微信