Avanços recentes em materiais arquitetados pré-programados podem permitir novas funções que podem evoluir em resposta a seus ambientes ou estímulos externos, de acordo com pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).
Em um artigo publicado pela Nature Reviews Materials , os pesquisadores do LLNL fornecem uma visão geral do progresso feito em materiais arquitetados responsivos que podem se transformar em uma forma específica e exibir novas propriedades quando expostos ao calor, forças magnéticas ou elétricas, reações químicas ou eletroquímicas e deformações mecânicas. Os autores também explicam os mecanismos de programação e transformação de cada abordagem e examinam aplicações potenciais, incluindo dispositivos médicos implantáveis, robótica e sensores químicos ou mecânicos. A revista apresentará o artigo na capa de uma próxima edição impressa.

"A manufatura aditiva tornou possível a criação de materiais arquitetados que possuem propriedades aprimoradas e funcionalidade inovadora em comparação com os materiais constituintes devido às suas estruturas internas e externas cuidadosamente projetadas", disse o cientista da equipe do LLNL e principal autor Xiaoxing Xia. "Esses materiais arquitetados responsivos não ficam estagnados após a fabricação; eles podem evoluir no espaço e no tempo seguindo uma trajetória programada e podem responder a várias formas de estímulos - sejam mecânicos, térmicos, eletromagnéticos ou químicos - e transformar sua forma, alterar propriedades ou navegar autonomamente”.

Avaliando o estado atual dos materiais arquitetados responsivos, Xia e sua equipe comparam materiais responsivos a fenômenos dinâmicos encontrados em materiais clássicos, como transformação de fase e isoladores topológicos, e os descrevem na estrutura de computação e aprendizado de máquina. Os materiais arquitetados podem não apenas conduzir a lógica mecânica pré-programada, mas também podem ser treinados e otimizados pelo aprendizado de máquina.

As redes neurais profundas estão “potencialmente se transformando” para projetar materiais com respostas mecânicas ou eletromagnéticas superiores, disseram os pesquisadores. Por exemplo, algoritmos de aprendizado profundo podem treinar em imagens de geometrias e usá-las para gerar novas estruturas com desempenho otimizado ou projetar materiais arquitetados que podem ser impressos em 3D e atuar como núcleos físicos para realizar tarefas de inferência – como números escritos à mão ou reconhecimento de voz de vogal — em tempo real em resposta ao som ou à luz, concluíram.

No futuro, materiais arquitetados responsivos podem encontrar seu caminho em dispositivos médicos implantáveis, como veículos para entrega de medicamentos, em tecnologias de “camuflagem” ou robôs autônomos, ou ser usados ​​para armazenar ou revelar informações confidenciais sob demanda, disseram os pesquisadores. Eles especulam que esses materiais podem um dia evoluir para aprender com experiências passadas ou atuais, assim como o cérebro humano.

“Os materiais arquitetados estão se tornando cada vez mais inteligentes e, no futuro, podem ser neuromórficos – o que significa que podem emular a estrutura e a função do cérebro”, disse Xia. "Aqui, estamos fazendo a pergunta:'E se eles pudessem se tornar sencientes desenvolvendo preferência por certos estímulos em detrimento de outros, o que é análogo a sentir felicidade ou dor?' Eles podem ser um sistema modelo para estudar o cérebro."

Julia Greer, professora e cientista de materiais do Instituto de Tecnologia da Califórnia, foi uma das coautoras do artigo. Ela disse que vislumbra um futuro em que os materiais arquitetados em nanoescala substituem os materiais convencionais em muitas áreas da vida cotidiana e podem algum dia atingir algum nível de senciência.

“Para realizar essa visão de materiais arquitetados sendo onipresentes na sociedade – não apenas usados ​​em ciência e engenharia – precisaremos de modelos computacionais novos, mais eficientes e precisos que possam capturar a mecânica e a física da manufatura aditiva a um preço acessível”, disse Greer. . "Sabendo que existem muitas pessoas talentosas trabalhando nesses problemas, estou ansioso pelo dia em que poderemos criar materiais e dispositivos arquitetados imbuídos da capacidade de tomar decisões por conta própria." + Explorar mais

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