17.11.2022 - Aalto University

Un matériau de nouvelle génération qui s'adapte à son histoire

Un matériau réactif modifie son comportement en fonction des conditions précédentes.

Inspirés par les systèmes vivants, des chercheurs de l'université d'Aalto ont mis au point un nouveau matériau qui modifie son comportement électrique en fonction de son expérience antérieure, lui conférant ainsi une forme élémentaire de mémoire adaptative. Ces matériaux adaptatifs pourraient jouer un rôle essentiel dans la prochaine génération de capteurs médicaux et environnementaux, ainsi que dans les robots mous ou les surfaces actives.

Les matériaux réactifs sont devenus courants dans toute une série d'applications, des verres qui s'assombrissent à la lumière du soleil aux systèmes d'administration de médicaments. Mais les matériaux existants réagissent toujours de la même manière : leur réponse à un changement ne dépend pas de leur histoire et ils ne s'adaptent pas non plus en fonction de leur passé.

C'est fondamentalement différent des systèmes vivants, qui adaptent dynamiquement leur comportement en fonction des conditions antérieures. L'un des prochains grands défis de la science des matériaux sera de mettre au point des matériaux véritablement intelligents inspirés des organismes vivants. Nous voulions développer un matériau qui ajuste son comportement en fonction de son histoire", explique Bo Peng, chercheur à l'université d'Aalto et l'un des principaux auteurs de cette étude.

Les chercheurs ont synthétisé des billes magnétiques de taille micrométrique qui ont ensuite été stimulées par un champ magnétique. Lorsque l'aimant était activé, les perles s'empilaient pour former des piliers. L'intensité du champ magnétique affecte la forme des piliers, ce qui a une incidence sur leur capacité à conduire l'électricité.

Avec ce système, nous avons couplé le stimulus du champ magnétique et la réponse électrique. Il est intéressant de noter que la conductivité électrique varie selon que l'on fait varier le champ magnétique rapidement ou lentement. Cela signifie que la réponse électrique dépend de l'historique du champ magnétique. Le comportement électrique était également différent si le champ magnétique augmentait ou diminuait. La réponse présentait une bistabilité, qui est une forme élémentaire de mémoire. Le matériau se comporte comme s'il avait une mémoire du champ magnétique", explique M. Peng.

Apprentissage élémentaire

La mémoire du système lui permet également de se comporter d'une manière qui ressemble à un apprentissage rudimentaire. Bien que l'apprentissage dans les organismes vivants soit extrêmement complexe, son élément le plus fondamental chez les animaux est une modification de la réponse des connexions entre les neurones, appelées synapses. Selon la fréquence à laquelle elles sont stimulées, les synapses d'un neurone deviennent plus ou moins faciles à activer. Ce changement, appelé plasticité synaptique à court terme, rend la connexion entre une paire de neurones plus forte ou plus faible en fonction de leur histoire récente.

Les chercheurs ont pu accomplir quelque chose de similaire avec leurs billes magnétiques, même si le mécanisme est totalement différent. Lorsqu'ils ont exposé les perles à un champ magnétique pulsé rapidement, le matériau est devenu meilleur conducteur d'électricité, alors qu'une pulsation plus lente le rendait moins conducteur.

Cela rappelle la plasticité synaptique à court terme", explique Olli Ikkala, professeur émérite à Aalto. Notre matériau fonctionne un peu comme une synapse. Ce que nous avons démontré ouvre la voie à la prochaine génération de matériaux inspirés de la vie, qui s'inspireront des processus biologiques d'adaptation, de mémoire et d'apprentissage".

À l'avenir, il pourrait y avoir encore plus de matériaux inspirés par des algorithmes et présentant des propriétés semblables à celles de la vie, même s'ils n'auront pas toute la complexité des systèmes biologiques. Ces matériaux seront essentiels pour la prochaine génération de robots mous et pour la surveillance médicale et environnementale", ajoute M. Ikkala.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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