El ideal está en los brazos de un pulpo.

Ahora que las máquinas inteligentes han alcanzado sus límites, los humanos estamos trabajando en materiales inteligentes.

Considere la piel artificial, que no solo tiene buenas propiedades mecánicas para el cierre de heridas, sino que también puede regular su temperatura y equilibrio de humedad. O ropa que calienta o enfría el cuerpo según el clima. Estas son las posibles aplicaciones de materiales inteligentes y materiales equipados con IA

La ciencia de los materiales inteligentes es todavía un campo nuevo. El profesor Twente-Wilfried van der Wiel, uno de los principales investigadores en el campo, y varios colegas de Münster, han publicado en una revista profesional esta semana. naturaleza a Resumen Desde resultados hasta la fecha y perspectivas de futuro. Es una visión amplia: los materiales inteligentes abarcan desde la robótica blanda hasta la informática y la nanotecnología, que es el área de especialización de Van der Wiel.

Muchos sistemas útiles se construyen a partir de piezas con diferentes funciones y, a menudo, de diferentes materiales. Ha recorrido un largo camino con esto, pero también se ha enfrentado a limitaciones, por ejemplo, en potencia y velocidad de cómputo. Van der Wiel: “Máquinas como las computadoras actuales han llegado al límite de sus capacidades. Con esta arquitectura tradicional, se enfrentan a límites físicos, por ejemplo en el consumo de energía, lo que se convierte en un problema grave. Si podemos incorporar inteligencia en el material en sí, dará lugar a un aumento significativo de la potencia informática y a una reducción significativa del consumo de energía “.

La transición de una computadora construida a partir de partes a un material que se puede calcular es tan grande como el paso del tubo de radio al transistor. Llegas a un nivel completamente diferente. El grupo de investigación Van der Wiel en Brains, el centro de nanosistemas inspirados en el cerebro, proporcionó un ejemplo el año pasado con una red de átomos de boro en el silicio. Una red a nivel atómico, “en la que podemos aplicar un pequeño voltaje y medir corrientes”, dice el profesor de Twente. La microrred se puede utilizar para inteligencia artificial. Puede aprender a reconocer patrones, como estas letras.

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autocuración

Van der Wiel: “Los fabricantes de materiales inteligentes se inspiran en la naturaleza para construir las propiedades deseadas en los materiales. La ventaja es, por ejemplo, que los materiales inteligentes son más económicos que las máquinas que tenemos ahora. O piense en el mantenimiento: ahora tenemos que monitorear los materiales que fabricamos para evitar que se rompan. “Sería beneficioso si el material fuera autocurativo”.

Estos son objetivos de ingeniería, dice van der Wael. También está la fascinación científica: “Queremos entender. La exploración científica de los humanos comenzó con el club: ¿qué se puede hacer con él? Ahora estamos pensando en cómo construir propiedades inteligentes en los materiales”.

Van der Weel y sus colegas han recibido un apoyo significativo para esta investigación científica. No en Holanda, sino en Alemania. Estudia no solo en la Universidad de Twente sino también en la Universidad de Münster al otro lado de la frontera. Las dos universidades establecieron un centro de investigación conjunto para materiales inteligentes. Para ello, se han puesto a disposición 10 millones de euros de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), el financiador de la investigación del gobierno alemán, durante los próximos cuatro años, con la posibilidad de financiación durante otros ocho años.

capacidad de aprendizaje

Van der Weel predice que dentro de seis años el programa de investigación desarrollará materiales que se pueden llamar realmente inteligentes. No existe una definición de inteligencia generalmente aceptada, pero en esta ciencia un sujeto se llama inteligencia si puede absorber información, almacenarla durante mucho tiempo y utilizar ese conocimiento para adaptarse a un entorno cambiante.

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Los materiales avanzados no están lejos. Hay materiales que pueden interactuar con el medio ambiente o adaptarse, pero estos son solo los primeros pasos hacia una verdadera inteligencia de materiales.

Por el momento, los fabricantes de materiales inteligentes solo pueden mirar con envidia lo que la naturaleza ha producido, por ejemplo, en la forma del cerebro. Estamos tratando de adoptar sus propiedades, dice van der Wel: “La gran fortaleza del cerebro es su capacidad para hacer muchas cosas al mismo tiempo. Las neuronas tienen miles de conexiones entre sí, lo que puede hacer muchas matemáticas en al mismo tiempo. No hay máquina. La computadora puede hacer eso ahora “.

Y el cerebro puede hacer esto con muy poca energía: “El cerebro debe esta eficiencia en parte a una estructura en la que la información se procesa y almacena en el mismo lugar, es decir, en las sinapsis, las conexiones entre neuronas. Una computadora clásica tiene un unidad computacional y memoria y siempre debe recuperar información de la memoria y almacenarla nuevamente. Esto requiere energía y tiempo “.

La tercera propiedad del cerebro que los científicos quieren introducir en los materiales inteligentes es la plasticidad. En el cerebro, las conexiones entre las neuronas cambian constantemente. Se lo debe a su capacidad para aprenderlo.

Van der Wiel: “Incluso si podemos hacer uso de estas propiedades en los materiales, todavía no hemos alcanzado las capacidades cognitivas, la conciencia y el libre albedrío de los seres humanos. Todavía estamos en el nivel más bajo de inteligencia. Así como no queremos Para crear seres autorreflexivos, no debemos tener miedo de eso. Ni siquiera podríamos hacer eso. Pero sería genial, por ejemplo, hacer implantes que simpaticen con el cuerpo, o materiales que puedan asumir las funciones de el cerebro después de haber sido dañado “.

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Foto de Louman & Friso

En cuatro pasos hacia la inteligencia

El camino hacia los materiales inteligentes comienza con ladrillos (extremo izquierdo) o materiales con una forma y estructura fijas que no cambian una vez creados.

El segundo paso involucra materiales que pueden responder a un estímulo del entorno (parpadear en rojo) y así cambiar su forma. Un cambio que también es reversible si hay contraestímulo (destello violeta). Estos materiales tienen algo así como un ‘sensor’ y algo así como un ‘actuador’. Un ejemplo son los materiales que se doblan bajo la influencia de la luz y luego se expanden nuevamente. Literalmente pueden seguir adelante con los destellos de luz adecuados.

El tercer paso son los materiales que no solo interactúan, sino que también pueden adaptarse a su entorno. Además del sensor y la potencia del motor, también tienen una rejilla que controla su comportamiento. Por ejemplo, hay pequeños robots que pueden moverse en patrones, como una bandada de pájaros, porque cada robot es dirigido por su vecino más cercano.

En el cuarto y último paso, se agrega la memoria a largo plazo, a la que el sujeto no solo puede adaptarse, sino también recordar y aprender de los procesos adaptativos. Esta sustancia inteligente aún no se ha sintetizado en un laboratorio. Por el momento, son la esfera exclusiva de la vida y son de naturaleza común, por ejemplo en los brazos de un pulpo.

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