Los investigadores han entrenado con éxito un material para responder a un estímulo originalmente neutral, un gel al que se le puede enseñar a fundirse sin necesidad de calentarlo. Su trabajo, publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , se inspiró en el concepto de condicionamiento clásico en psicología del comportamiento, más conocido como el experimento del perro de Pavlov.

Para explorar si el acondicionamiento clásico podría lograrse en materiales artificiales, los investigadores hicieron un gel sólido a base de agarosa, una sustancia comúnmente extraída de las algas, mezclado con agua y nanopartículas de oro modificado. Cuando este gel tiene luz roja y azul brillando sobre él, no pasa nada. Si derrite el gel calentando, enfríelo de nuevo para que se solidifique de nuevo, y luego iluminarlo con luz roja y azul, tampoco pasa nada emocionante. Pero si derrite el gel mientras lo ilumina con luz roja y azul, luego enfríe de nuevo hasta convertirlo en un gel, el gel se derretirá espontáneamente la próxima vez que lo ilumine con luz roja y azul. Así ha "aprendido" a responder a un nuevo estímulo.

En el famoso experimento de condicionamiento clásico de Ivan Pavlov en psicología experimental que trata con formas simples de aprendizaje, se podría entrenar a un perro para que salivara cuando oyera una campana. Pavlov entrenó al perro para que se comportara así haciendo sonar una campana cada vez que lo alimentaba; el perro asociaba el sonido de la campana con su comida y comenzaba a babear cuando escuchaba sonar la campana. El gel desarrollado por equipos de la Universidad de Aalto y la Universidad de Tampere imita este proceso con el calentamiento correspondiente a la comida y la luz de color correspondiente a la campana.

"Conceptualmente, esto es muy nuevo, Realmente no hay nadie haciendo materiales que muestren esta respuesta pavloviana. Estábamos interesados ​​en introducir los conceptos elementales de aprendizaje en materiales artificiales ", explicó el Dr. Hang Zhang, el postdoctorado que desarrolló el material y que es el primer autor del artículo de julio en Nature Communications. Como miembro del grupo de investigación de Materiales Moleculares y del Centro de Excelencia HYBER en Aalto, trabaja con materiales de inspiración biológica. Además del Dr. Hang Zhang, el equipo de investigación incluyó al Dr. Hao Zeng y al Prof. Arri Priimägi de la Universidad de Tampere, y el Prof. Olli Ikkala de la Universidad de Aalto. El proyecto fue apoyado por dos proyectos financiados por el Consejo Europeo de Investigación (ERC), PHOTOTUNE y DRIVEN.

El gel se puede entrenar porque las nanopartículas de oro en la mezcla son sensibles a la acidez de su entorno. Las nanopartículas se esparcen inicialmente al azar por todo el gel. Si derrite el gel y lo solidifica sin iluminación, permanecen distribuidos aleatoriamente. Sin embargo, si derrite el gel mientras lo ilumina con luz azul y roja, las nanopartículas se adhieren y forman pequeñas cadenas. Esto ocurre gracias a un fotoácido, un ingrediente "secreto" final en el gel. El fotoácido hace que el gel sea más ácido cuando se ilumina con luz de color, y cuando esto sucede en un gel derretido, hace que las nanopartículas formen cadenas. Cuando ilumina con luz azul y roja el gel que contiene cadenas de nanopartículas de oro, las cadenas se calientan de una manera que las nanopartículas individuales no lo hacen, debido a un proceso llamado acoplamiento plasmónico. Esto forma una "memoria óptica activable". Hacer que las cadenas se calienten con luz azul y roja hace que el gel se derrita.

El gel también se puede hacer más tarde para "olvidar" este entrenamiento, paralelamente a la forma en que los humanos pueden olvidar el aprendizaje. El truco consiste en utilizar una combinación de productos químicos (urea y ureasa) añadidos al gel durante la fabricación. que libera lentamente amoniaco que rompe las cadenas de nanopartículas. Aproximadamente 12 horas después del entrenamiento, el material ya no se derrite cuando se ilumina con luz y, por lo tanto, pierde su memoria.

"En términos de aplicaciones prácticas, hay un largo camino por recorrer para un proyecto tan conceptualmente nuevo ". El Dr. Zhang se rió." Lo importante es que podemos acondicionar materiales artificiales de una manera programada utilizando estímulos externos y jugar con su memoria químicamente. Prevemos que se pueden diseñar otros tipos de materiales de aprendizaje con una amplia gama de propiedades inducidas, and that conditioning could become a general concept in materials science."