Samouczenie i autonomiczna adaptacja... materiałów
Ptaki, pszczoły i drzewa łączy jedna wspólna cecha. Każdy pojedynczy członek kolektywu takiego jak stado, rój czy las jest w stanie odbierać i przesyłać sygnały, dostosowując się do zmiennych warunków środowiskowych w celu poprawy sposobu funkcjonowania bez zewnętrznej pomocy. Czerpiąc inspirację z tego złożonego zachowania, zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu IMMENSE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postawił sobie za cel ustalenie, czy materiały i struktury mogą zostać wzbogacone o procesy symulujące tego rodzaju naturalne zachowania. Innymi słowy, ich celem było sprawienie, że staną się świadome.
Droga do świadomości
Odczuwające materiały lub struktury muszą być w stanie wysyłać i odbierać, a także interpretować i porównywać sygnały, a tym samym posiadać umiejętność nauki i dostosowania do otoczenia. Co to oznacza w praktyce? „Świadoma struktura może na przykład wyczuwać drgania i propagację fal, samodzielnie interpretować i klasyfikować rodzaj wykrytych sygnałów oraz być w stanie reagować poprzez zmianę sztywności niektórych swoich elementów w celu złagodzenia skutków drgań spowodowanych przez czynniki zewnętrzne”, wyjaśnia Alberto Corigliano, inżynier budownictwa z koordynującej projekt IMMENSE Politechniki Mediolańskiej we Włoszech, którego wypowiedź została przytoczona w artykule(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opublikowanym w portalu Open Access Government. „Świadomy materiał może być w stanie wykrywać lokalne defekty z wyprzedzeniem i aktywować mechanizmy uwalniania substancji pozwalających na jego samodzielną naprawę”. Aby zrealizować te ambicje, zespół projektu IMMENSE wykorzystuje metody z dziedziny mechaniki ciała stałego i mechaniki strukturalnej, oddziaływania płyn-struktura oraz zjawiska wielofizyczne w mikro- i mezoskali, w połączeniu z inteligentnymi materiałami zawierającymi mikrostruktury. Zespół bada i rozwija innowacyjne czujniki inspirowane biologią i łączy je z inteligentnymi materiałami i metamateriałami, które mogą optymalizować intensywność odbieranych sygnałów i kierować je tam, gdzie są potrzebne. Uczenie się i reagowanie zostanie osiągnięte dzięki wykorzystaniu złożonej dynamiki macierzy oscylatorów w połączeniu z innowacyjnymi urządzeniami pozwalającymi na klasyfikację i rozpoznawanie sygnałów. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie analogowych technologii obliczeniowych umożliwiają budowę kompaktowych, energooszczędnych urządzeń, które mogą niezależnie wykonywać podstawowe operacje obliczeniowe. W ramach badania(odnośnik otworzy się w nowym oknie) przeprowadzonego w 2025 roku w ramach projektu badacze przyjrzeli się inteligentnemu sposobowi projektowania konstrukcji kratownicowych przy użyciu reguł generatywnych i algorytmu decyzyjnego Monte Carlo . Dzięki umożliwieniu efektywnej analizy wielu możliwych projektów i wyboru najbardziej obiecujących spośród nich, zastosowanie tego podejścia sprawdzi się lepiej w przypadku złożonych problemów konstrukcyjnych. W ramach kolejnego badania(odnośnik otworzy się w nowym oknie) przeprowadzonego w ramach projektu IMMENSE badacze analizowali, w jaki sposób można stworzyć wysoce elastyczny czujnik piezoelektryczny drukowany na cienkim podłożu poliimidowym przy pomocy drukarki atramentowej. Testy wykazały, że czujnik działa niezawodnie nawet wtedy, gdy jest gwałtownie i wielokrotnie zginany, co wskazuje, że technologia druku może pozwolić na produkcję przystępnych cenowi i konfigurowalnych czujników na potrzeby elektroniki nowej generacji. Zanim zespół projektu IMMENSE (Inter materials and structures mechanoperception for self learning) będzie w stanie osiągnąć swój cel, musi rozwiązać szereg trudności teoretycznych i technologicznych. Dzięki innowacyjnym czujnikom, algorytmom uczenia maszynowego oraz nowym systemom interpretacji i klasyfikacji sygnałów, zespół dąży do opracowania świadomych materiałów, które pozwolą na opracowanie wielu obiecujących rozwiązań w dziedzinach takich jak biomedycyna, inżynieria i budownictwo. Prace w ramach projektu dobiegną końca w 2029 roku. Więcej informacji: strona projektu IMMENSE(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
