Plásticos que ‘aprenden’ a caminar
Esta imagen muestra un perro artificial de Pavlov creado a partir de redes de polímeros de cristal líquido programables que 'aprenden' a responder a la luz después de asociarse con el calentamiento. Foto: Zeng y Zhang y col.

Como detallan los científicos de las universidades finlandesas de Tampere y Aalto, es la primera vez que plásticos aprenden a hacer nuevos trucos, como caminar, basados en sus experiencias pasadas.

Estos materiales sintéticos, hechos de redes de polímeros de cristal líquido termo-sensibles y una capa de tinte, pueden convertir la energía en movimiento mecánico. Arri Priimägi, investigador principal de este estudio, explica que “inicialmente, el actuador solo responde al calor, pero al asociar la luz con el calor, aprende a responder a la luz”.

En respuesta, el material se dobla de manera similar a cuando una persona dobla su dedo índice. “Al irradiar al actuador periódicamente, camina como un gusano con una velocidad de 1 milímetro por segundo, aproximadamente, al mismo ritmo que un caracol”, continúa el investigador.

Esta investigación, publicada hoy en Matter, esencialmente plantea la pregunta de si un material inanimado puede aprender, de alguna manera, en un sentido muy simplista. “Mi colega, el profesor Olli Ikkala, de la Universidad de Aalto, planteó las preguntas: ¿Pueden los materiales aprender? ¿Y qué significa que los materiales aprendan? Luego unimos fuerzas en esta investigación para hacer robots que, de alguna forma, aprendieran nuevos trucos“, recuerda el profesor Priimägi.

El proceso de acondicionamiento, que asocia la luz con el calor, permite que el tinte en la superficie se difunda por todo el actuador, volviéndolo azul. El fenómeno aumenta la absorción total de luz, lo que aumenta el efecto fototérmico y eleva la temperatura del material. Luego aprende a doblarse tras la irradiación.

Inspitado en Pavlov, los plásticos ‘aprenden’ a caminar

Este vídeo ilustra el papel del proceso de asociación en el diseño de un robot locomotor que “aprende” a caminar por irradiación. El robot basado en LCN es inicialmente sensible al calor para permitir la flexión y la locomoción solo por pulsos térmicos. Es insensible a la luz pero se vuelve activo con la luz después de asociar los dos estímulos. Bajo la irradiación modulada temporalmente, el robot comienza a ‘caminar’. Crédito: Zeng y Zhang et al. / Matter

“Este estudio se inspira en el experimento del perro de Pavlov”, comenta Priimägi. En el experimento, un perro saliva en respuesta a ver comida. El fisiólogo ruso Ivan Petrovich Pavlov hizo sonar una campana antes de darle alimento. Después de algunas repeticiones, el perro asoció la comida con el sonido y comenzó a salivar al escucharlo.

“Si piensas en nuestro sistema –detalla el científico-, el calor corresponde a la comida y la luz correspondería a la campana en el experimento de Pavlov”.

“Muchos dirán que estamos llevando esta analogía demasiado lejos”, admite Priimägi. “En cierto sentido, tienen razón porque, en comparación con los sistemas biológicos, el material que estudiamos es muy simple y limitado. Pero en circunstancias correctas, la analogía se mantiene”, concluye.

El siguiente paso para el equipo es aumentar el nivel de complejidad y capacidad de control de los sistemas a fin de encontrar los límites de las analogías que pueden extraerse de los sistemas biológicos. “Nuestro objetivo es hacer preguntas que tal vez nos permitan mirar materiales inanimados desde una nueva luz”, puntualiza el investigador.

Material ideal para aplicaciones biomédicas

Pero, además de caminar, los sistemas también pueden reconocer y responder a diferentes longitudes de onda de luz que corresponden al recubrimiento de su tinte. Esta característica hace que el material sea un micro-robot sintonizable que se puede controlar de forma remota. Es un material ideal para aplicaciones biomédicas.

En este sentido, Priimägi apunta que “las redes de cristal líquido controladas a distancia se comportan como pequeños músculos artificiales. Creo que hay muchas maneras en las que pueden beneficiar a la biomedicina en un futuro, como la fotónica”.

En este estudio también participan Hao Zeng, de la Universidad de Tampere, y Hang Zhang, de la Universidad de Aalto.

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