Злопамятные предметы: ученые обнаружили уникальные свойства у различных материалов

Фото: popularmechanics.com

Некоторые материалы могут запоминать прошлые события, подобно тому, как скомканный лист бумаги сохраняет свои складки. Группа физиков из Университета штата Пенсильвания недавно обнаружила, что при определенных условиях некоторые материалы могут вовсе запоминать не только то, что они были деформированы, но и точную последовательность этих деформаций. Это открытие может привести к новым способам хранения информации в механических системах, таких как комбинированные замки или даже вычисления без электричества, пишет Penn State.

Материалы часто хранят воспоминания с помощью процесса, называемого памятью обратной точки, когда переменные силы оставляют отпечаток, который может быть прочитан или стерт. Эта концепция похожа на комбинационный замок, где поворот циферблата определенным образом определяет, откроется ли он. Натан Кейм, доцент Пенсильванского университета и автор исследования, опубликованного в журнале Science Advances, объяснил, что этот математический принцип применим ко многим системам, от компьютерных жестких дисков до скальных образований.

Однако ранее считалось, что память с обратной точкой требует сил, приложенных в обоих направлениях — тянущих и толкающих. Команда Кейма обнаружила исключение: некоторые материалы могут сохранять последовательность действий, даже если сила приложена только в одном направлении, как, например, мост, который проседает под движением транспорта, но не прогибается вверх при выезде машин. Чтобы изучить этот вопрос, исследователи провели компьютерное моделирование, проверяя, как различные силы влияют на сохранение памяти.

Они сосредоточились на базовых элементах, называемых гистеронами, которые могут оставаться в прошлом состоянии даже при изменении условий. Гистероны либо сотрудничают, поощряя друг друга к изменениям, либо фрустрируют друг друга, сопротивляясь этим самым изменениям. Команда обнаружила, что расстроенные гистероны, похожие на части гнущейся соломинки, открывающиеся по очереди, позволяют материалу кодировать последовательность прошлых деформаций даже при приложении силы только в одном направлении.

Это открытие может иметь практическое применение при создании искусственных систем с памятью, особенно механических систем, не зависящих от электричества. Кейм отметил, что такие материалы могут подтверждать последовательность прошлых событий, помогая в криминалистическом анализе или диагностике. Например, материал, который отслеживает свою самую большую и самую последнюю деформацию, может быть использован для обнаружения структурного напряжения в зданиях или машинах.

В медицине этот прорыв может привести к созданию самоконтролирующихся материалов, которые будут определять напряжение или деформацию в имплантатах и протезах, что потенциально повысит безопасность пациентов, получивших их. Также, искусственные суставы или костные имплантаты могут использовать такую память для отслеживания характера использования и предупреждения врачей о ранних признаках износа или отказа.

Подобная технология может помочь разработать усовершенствованные повязки для ран, которые будут запоминать уровень давления и соответствующим образом регулироваться для улучшения заживления.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform