Conçu, les machines autonomes combinées à l'intelligence artificielle sont depuis longtemps un incontournable de la science-fiction, et souvent dans le rôle de méchant comme les Cylons dans le redémarrage de "Battlestar Galactica", créatures composées de matériaux biologiques et artificiels. Mais et si ces machines logicielles autonomes étaient... utiles ?

C'est la vision d'une équipe de chercheurs de Penn State et de l'U.S. Air Force, décrit dans un article récent de Communication Nature . Ces chercheurs ont produit un doux, métamatériau mécanique qui peut « penser » à la façon dont les forces lui sont appliquées et réagir via des réactions programmées. Cette plate-forme recèle un grand potentiel pour une variété d'applications allant des traitements médicaux à l'amélioration de l'environnement.

"Nous avons créé doux, métamatériaux mécaniques avec flexible, des réseaux polymères conducteurs capables de calculer tous les calculs de logique numérique, " a déclaré Ryan Harne, James F. Will Professeur agrégé en développement de carrière, État de Penn. "Notre article rapporte un moyen de créer une fonctionnalité de prise de décision dans des matériaux d'ingénierie d'une manière qui pourrait prendre en charge les futurs soft, des systèmes d'ingénierie autonomes qui sont investis avec les éléments de base des formes de vie mais sont programmés pour fournir des services utiles aux personnes. Il peut s'agir d'aider à maintenir une infrastructure durable et robuste, surveillance des contaminants et des agents pathogènes en suspension dans l'air et dans l'eau, aider à la cicatrisation des plaies du patient, et plus."

Les processus de pensée humains sont basés sur la logique, Harne note, qui est similaire à la logique booléenne des mathématiques. Cette approche utilise des entrées binaires pour traiter les sorties de contrôle binaires, en utilisant uniquement des séquences « on » et « arrêt » pour représenter toutes les pensées et cognitions. Les matériaux souples que l'équipe de recherche a créés « pensent » en utilisant la reconfiguration des réseaux de polymères conducteurs. Force mécanique, appliqué aux matériaux, se connecte, et reconnecte le réseau.

En utilisant une entrée basse tension dans les matériaux, l'équipe de recherche a créé un moyen pour le matériau souple de décider comment réagir en fonction du signal de tension de sortie du réseau polymère conducteur reconfiguré.

Le type de logique que Harne et l'équipe utilisent va au-delà de la pure logique mécanique, qui est une façon d'utiliser des combinaisons de commutateurs bistables - des commutateurs à deux états stables - pour représenter les "0" et les "1" d'une séquence de nombres binaires. Ils ont découvert que lorsqu'ils utilisaient une logique mécanique pure, les chercheurs ont fini par se coincer car certaines opérations logiques ne peuvent pas être construites.

"Vous atteignez un point où vous ne pouvez pas réellement traiter toutes les huit portes logiques, " Harne a dit. " Vous pouvez traiter quatre d'entre eux, mais vous ne pouvez pas traiter les quatre derniers. Nous avons découvert le moyen d'incorporer des signaux électriques avec des signaux mécaniques, nous permettant de traiter toutes les portes logiques utilisées dans l'informatique numérique moderne."

La clé pour réaliser toutes les portes logiques était dans la combinaison du réseau polymère électrique avec le soft, matériau déformable. Les chercheurs ont créé les opérations logiques en reconfigurant simultanément le matériau souple et le réseau électriquement conducteur.

Cela garantit également que la sortie binaire est sous forme d'électricité, qui est nécessaire pour entraîner un mécanisme d'actionnement qui fait réagir le matériau à la force mécanique appliquée. La combinaison de signaux électriques et mécaniques permet à la machine de se déplacer pour s'écarter ou de reculer dans une certaine direction.

Harne et l'équipe veulent aller au-delà d'un seul matériau et concevoir quelque chose de plus complexe.

"J'ai une vision de la façon dont les scientifiques et les ingénieurs peuvent créer des systèmes vivants d'ingénierie qui aident la société, " dit Harne. " Tout ce que vous avez à faire est de rassembler toutes les fonctions des formes de vie. Et quand tu fais ça, vous avez à votre disposition les éléments constitutifs de la vie artificielle."

Bien que tout cela ressemble à de la science-fiction, Harne pense qu'il a un potentiel énorme.

"C'est un peu de la science-fiction, Je dois admettre que, et je dirai, J'ai eu des collègues qui pensent que je suis un peu fou, " a déclaré Harne. " Mais si nous, ingénieurs et scientifiques, comprenons toutes les choses qui composent la vie, pourquoi n'essayons-nous pas de créer des êtres vivants conçus pour aider les gens ?"