Průlom v materiálové vědě: Metamateriály se učí a adaptují jako živé systémy

Vědci z Amsterdamské univerzity vyvinuli novou třídu metamateriálů, které se dokážou učit měnit svůj tvar, přizpůsobovat své chování a dokonce se pohybovat bez centrálního řízení.

Vědci z Amsterdamské univerzity vyvinuli novou třídu metamateriálů, které se dokážou učit měnit svůj tvar, přizpůsobovat své chování a dokonce se pohybovat bez centrálního řízení. Na rozdíl od běžných materiálů, které reagují na vnější síly pevně daným způsobem, se tyto uměle vytvořené systémy chovají spíše jako živá hmota.

Materiály jsou schopny upravovat své reakce na základě minulých interakcí, což jim umožňuje vykonávat úkoly, které by obvykle vyžadovaly naprogramované roboty. Jsou konstruovány jako řetězce identických motorizovaných kloubů propojených elastickou strukturou. Každý kloub obsahuje mikrokontrolér, který sleduje vlastní pohyb, ukládá minulé stavy a komunikuje se sousedními jednotkami. Toto distribuované uspořádání umožňuje materiálu koordinovat své chování lokálně, namísto spoléhání se na jediný řídicí systém. Postupem času se struktura učí reagovat na vstupy úpravou pohybu a interakce každého kloubu.

Metamateriály se trénují opakovanými interakcemi. Vědci ohýbají určité klouby, aby fungovaly jako vstupy, zatímco jiné navádějí do požadované konfigurace. S každým tréninkovým cyklem systém aktualizuje, jakou sílu každý kloub vyvíjí. Nakonec se materiál naučí sám reprodukovat naučený tvar, kdykoli zaznamená stejný vstup. Může také zapomenout staré konfigurace a naučit se nové, nebo uložit více tvarů a přepínat mezi nimi.

Nejzajímavějším poznatkem výzkumu bylo, že učení dává metamateriálům schopnost vyvíjet se. Jakmile se systém začne učit, možnosti jeho budoucího vývoje se zdají být téměř neomezené, uvedl Yao Du. Tato schopnost vyvíjet chování bez centralizované kontroly představuje posun od programovatelných materiálů k systémům, které se dokážou adaptovat v reálném čase. Systém také zdůrazňuje, jak může inteligence vznikat ze spolupráce jednoduchých komponent, namísto spoléhání se na složité centrální zpracování. Distribuováním rozhodování napříč samotným materiálem vědci ukazují, jak by budoucí stroje mohly být odolnější, flexibilnější a schopnější fungovat v nepředvídatelných prostředích.