ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Što vaša odjeća doslovno može reći o vama

Uzimajući u obzir da se sve više približavamo mogućnosti stvaranja „materijala koji računaju“ i nošenja računala na rukavima, istraživači pri Sveučilištu Pittsburgh Inženjerske škole Swanson dizajnirali su prijemćiv hibridni materijal pokretan oscilirajućom kemijskom reakcijom koji može vršiti i izračune na temelju promjena u okolini ili pri pokretu, s potencijalom reagiranja na pokazatelje ljudskih vitalnih funkcija. Taj sustav je dovoljno malen i fleksibilan da ga se može ugraditi u tkaninu ili kao usadak u cipelu.

Dr. Anna C. Balazs, profesorica kemijskog i naftnog inženjeringa, i dr. Steven P. Levitan, profesor električkog i računalnog inženjeringa, integrirali su modele za gelove od samooscilirajućeg polimera i piezoelektričnih mikro-elektro-mehaničkih sustava s ciljem izrade novog reaktivnog sistema materijala koji je u stanju vršiti izračune bez unosa energije izvana, pojačanja ili kompjuterskog posredovanja.

Njihovo istraživanje, „Dosezanje sinkronizacije putem aktivnih hibridnih materijala: Kombiniranje samooscilirajućih gelova i piezoelektričnih (PZ) filmova“, pojavio se 24. lipnja u časopisu Scientific Reports, kojeg izdaje Nature. Studije kombiniraju Balazsino istraživanje o gelovima Belousov-Zhabotinsky (BZ), što je supstanca koja oscilira pri nedostatku vanjskog podražaja, i Levitanovu stručnost u kompjuterskim modelima i računalnim sistemima baziranih na oscilaciji. U suradnji s dr. Victorom V. Yashinom, docentom kemijskog i naftnog inženjeringa i vodećim autorom rada, istraživači su uspostavili načela pri izgradnji hibridnog „BZ-PZ“ materijala.

„BZ reakcija pokreće periodičnu oksidaciju i smanjenje metalnog katalizatora koji se nalazi u gelu, a to uzrokuje da gel nabubri i smanji se. Ugradili smo tanku piezoelektričnu (PZ) konzolu preko gela tako da, kada se PZ savije posredstvom oscilirajućeg gela, on stvara električni potencijal (voltažu). S druge strane, električni potencijal koji se primjenjuje na PZ konzolu utječe da se ona savija“, rekla je Balazs.

„Dakle, kada je jedna BZ-PZ jedinica spojena s nekom drugom takvom jedinicom, širenje oscilirajućeg BZ gela u prvoj jedinici savija piezoelektričnu konzolu, koja tako stvara voltažu. Tako stvorena voltaža uzrokuje savijanje konzole u drugoj jedinici; ovakvo savijanje predstavlja silu koja se primjenjuje na osnovni BZ gel koji modificira oscilacije. Takav način oscilacije omogućuje komunikaciju i izmjenu informacija među jedinicama.“

Spajanje kemijskih sistema izračunavanja i onih baziranih na oscilatorima

Veći broj BZ-PZ jedinica se može paralelno spojiti, što omogućuje da se u sustavu stvore i sačuvaju kompliciraniji uzorci oscilacija. Zapravo, ovakvi drugačiji uzorci osciliranja stvaraju neku vrstu „memorije“, koja omogućuje materijalu da ga se iskoristi za izračunavanje. Doduše, Levitan dodaje kako se ti izračuni neće koristiti za opću upotrebu, nego za posebno uparivanje po uzorcima i prepoznavanju, ili neke druge ne-Booleove operacije.

„Zamislite skupinu cijevi na orguljama, gdje svaka predstavlja drugačiji akord. Kada pritisnete novi akord, odgovarajuća cijev rezonira po tom posebnom uzorku“, rekao je Levitan. „Slično tome, recimo da imate niz oscilatora i da svaki ima uzorak oscilacije. Svaki niz oscilatora odražava poseban uzorak. Ako uvedete neki novi uzorak izvana, npr. dodir ili kucaj srca, materijali prepoznaju uzorak i reagiraju na odgovarajući način, time zapravo vršeći izračunavanje.“

Stvaranje tzv. „materijala koji računaju“ uzima u obzir ograničenja svojstvena sustavima koje istraživači trenutno koriste ne bi li obavili bilo kemijsko izračunavanje ili ono bazirano na oscilatorima. Sistemi kemijskog izračunavanja su ograničeni nedostatkom internog elektroenergentskog sustava i brzinom difuzije pri širenju kemijskih valova kroz sustav, što omogućuje uparivanje samo na lokalnoj razini. Dalje, izračunavanje bazirano na oscilatorima se nije uspjelo primijeniti na neki materijal koji se može nositi. Model hibrida BZ-PZ, koji nije poznat od ranije, rješava ove probleme i upućuje na potencijal izrade sistema sintetičkih materijala koji sami sebi stvaraju energiju.

Balazs i Levitan naglašavaju da trenutni BZ-PZ model oscilira u razmacima od desetina sekundi, što bi omogućilo jednostavne ne-Booleove operacije i prepoznavanje uzoraka kao što je ljudsko kretanje. Sljedeći korak dr. Balazseve i Levitana je dodavanje ulaznog sloja za prepoznavanje uzoraka, što je nešto što se već doseglo u drugim tehnologijama, ali što će se po prvi put primijeniti i na samooscilirajuće gelove i piezoelektrične filmove.

Izvor: University of Pittsburgh

Podijeli.