Les chercheurs ont formé avec succès un matériau pour répondre à un stimulus initialement neutre, un gel qui peut être appris à fondre sans avoir besoin de chauffage. Leur travail, récemment publié dans Communication Nature , s'est inspiré du concept de conditionnement classique en psychologie comportementale, mieux connue sous le nom d'expérience du chien de Pavlov.

Pour explorer si le conditionnement classique pourrait être réalisé dans des matériaux artificiels, les chercheurs ont fabriqué un gel solide à base d'agarose, une substance couramment extraite des algues, mélangé avec de l'eau et des nanoparticules d'or modifiées. Lorsque ce gel est éclairé par une lumière rouge et bleue, Rien ne se passe. Si vous faites fondre le gel en chauffant, le refroidir pour qu'il se solidifie à nouveau, puis éclairer la lumière rouge et bleue dessus, rien d'excitant ne se passe non plus. Mais si vous faites fondre le gel en l'éclairant de lumière rouge et bleue, puis refroidissez-le dans un gel, le gel fondra spontanément la prochaine fois que vous lui appliquerez une lumière rouge et bleue. Il a ainsi « appris » à répondre à un nouveau stimulus.

Dans la célèbre expérience de conditionnement classique d'Ivan Pavlov en psychologie expérimentale traitant des formes simples d'apprentissage, un chien pouvait être entraîné à saliver lorsqu'il entendait une cloche. Pavlov a entraîné le chien à se comporter ainsi en sonnant une cloche à chaque fois qu'il nourrissait le chien - le chien associait le son de la cloche à sa nourriture et commençait à baver lorsqu'il entendait la cloche sonner. Le gel développé par les équipes de l'université d'Aalto et de l'université de Tampere mime ce processus avec le chauffage correspondant à la nourriture et la lumière colorée correspondant à la cloche.

"Conceptuellement, c'est très nouveau, il n'y a pas vraiment quelqu'un qui fabrique des matériaux qui montrent cette réponse pavlovienne. Nous étions intéressés à introduire les concepts élémentaires de l'apprentissage dans les matériaux artificiels. » a expliqué le Dr Hang Zhang, le postdoctorant qui a développé le matériel et qui est le premier auteur de l'article de juillet dans Nature Communications. En tant que membre du groupe de recherche Molecular Materials et du centre d'excellence HYBER d'Aalto, il travaille sur des matériaux d'inspiration biologique. Outre le Dr Hang Zhang, l'équipe de recherche comprenait le Dr Hao Zeng et le professeur Arri Priimägi de l'Université de Tampere, et le professeur Olli Ikkala de l'Université Aalto. Le projet a été soutenu par deux projets financés par le Conseil européen de la recherche (ERC), PHOTOTUNE et DRIVEN.

Le gel peut être formé car les nanoparticules d'or dans le mélange sont sensibles à l'acidité de leur environnement. Les nanoparticules sont initialement réparties de manière aléatoire dans tout le gel. Si vous faites fondre le gel et le solidifiez sans illumination, ils restent distribués aléatoirement. Cependant, si vous faites fondre le gel en l'éclairant de lumière bleue et rouge, les nanoparticules se collent et forment de petites chaînes. Cela se produit grâce à un photoacide, un ingrédient "secret" final dans le gel. Le photoacide rend le gel plus acide lorsque la lumière colorée est projetée dessus, et quand cela se produit dans un gel fondu, il provoque la formation de chaînes de nanoparticules. Lorsque vous projetez une lumière bleue et rouge sur le gel contenant des chaînes de nanoparticules d'or, les chaînes s'échauffent d'une manière que les nanoparticules individuelles ne chauffent pas elles-mêmes, en raison d'un processus appelé couplage plasmonique. Cela forme une "mémoire optique déclenchable". Faire chauffer les chaînes à l'aide de lumière bleue et rouge fait fondre le gel.

Le gel peut aussi être fait plus tard pour "oublier" cette formation, parallèlement à la manière dont l'apprentissage peut être oublié par les humains. L'astuce consiste à utiliser une combinaison de produits chimiques (urée et uréase) ajoutés au gel lors de la fabrication, qui libère lentement de l'ammoniac qui brise les chaînes de nanoparticules. Environ 12 heures après la formation, le matériau ne fond plus lorsqu'il est éclairé par la lumière et perd ainsi sa mémoire.

« En termes d'applications pratiques, il y a un long chemin à parcourir pour un tel projet conceptuellement nouveau. » Le Dr Zhang a ri. « L'important est que nous puissions conditionner les matériaux artificiels de manière programmée en utilisant des stimuli externes et jouer avec sa mémoire chimiquement. Nous prévoyons que d'autres types de matériels d'apprentissage peuvent être conçus avec un large éventail de propriétés induites, and that conditioning could become a general concept in materials science."