Zie Nieuws

Materialen krijgen straks eigen 'IQ-test' Nature-publicatie Münster en Twente

Wat betekent het als we materialen ‘intelligent’ noemen? Hebben we het over het productieproces, hebben die materialen vooral eigenschappen die slim bedacht zijn? Of krijgen we echt materialen die zelf gaan voelen, feedback geven, communiceren en onthouden? Zodat we een computerbrein kunnen ontwikkelen dat even efficiënt werkt als ons eigen brein? In ‘The rise of intelligent matter’ schetsen onderzoekers van de Universität Münster (WWU) en de Universiteit Twente de ontwikkelingen op weg naar deze materialen. Hun paper staat in Nature van 17 juni.

Geheugenmetaal kennen we. Het neemt zijn oorspronkelijke vorm weer aan als bijvoorbeeld de temperatuur weer terugkeert naar de oude waarde. Of neem piëzomaterialen: die van vorm dankzij een elektrische spanning óf geven, omgekeerd, een elektrische spanning als je er druk op uitoefent. Dit zijn al geen ‘gewone’ materialen meer, die bijvoorbeeld alleen maar een structurele functie hebben. We noemen ze al snel ‘smart’.

De onderzoekers stellen zich de vraag of we nog veel verder kunnen gaan, en of we aan materialen intelligentie kunnen toeschrijven. Kunnen we een kunstmatig brein ontwikkelen dat even efficiënt werkt als ons eigen brein? Kunnen we soft robots maken geïnspireerd op de armen van een inktvis? In Nature verkennen ze de mogelijkheden.

Vier functies verenigen

Het paper inventariseert wat je ervoor nodig hebt. Een materiaal zal dan geen eigen wil krijgen, geen cognitie, maar het zou wel moeten voelen en, op basis van opgeslagen informatie, communiceren, feedback geven en actie ondernemen. In technische termen beschikt het over sensoren, geheugen, communicatie en actuatoren. En dat alles in één materiaal, en niet aangestuurd door een centrale regisseur. Er zijn al wel technische systemen die zich als een zwerm levende wezens gedragen, zoals aan de UT ontwikkelde autonoom opererende en communicerende netwerken van kleine sensoren. Maar anders dan deze sensoren die, ieder voor zich, nog steeds kleine ‘klassieke’ computers zijn, kun je ook de vraag stellen of er materialen mogelijk zijn die al deze functies in zich verenigen. 

Verbinding is ook meteen geheugen

Prof. Wilfred van der Wiel, een van de auteurs, laat zich graag inspireren door de werking van ons brein, bij het ontwikkelen van radicaal nieuwe opzet van computers. Hij is hoogleraar NanoElectronics en is co-director van het Center for Brain-Inspired Nano Systems (BRAINS) op de UT. Eerder liet hij al zien dat wanordelijke structuren van nano-elementen – bijvoorbeeld gouden bolletjes of atomaire netwerken in silicium (Nature, januari 2020) - tóch patronen kunnen herkennen: ook wel ‘evolutionair leren’. De uitdaging is nu om zo’n netwerk ook geheugen te geven. En dan niet zoals in een klassieke computer, die voortdurend informatie transporteert van het geheugen naar de processor en terug. Van der Wiel heeft daar wel ideeën over: “De chemische verbindingen die tussen de gouden nanodeeltjes zitten, moeten niet alleen kortsluitingen voorkomen, maar in het ideale geval ook als geheugen dienen”, aldus Wiel. “Daar werken we nu aan.” Verder filosoferend, vindt hij het een prikkelende vraag, of zo’n kunstmatig brein ooit ook is aan te sluiten op een echt brein.

Inktvis

Het paper verkent verschillende mogelijkheden. Voor soft robotics kunnen we bijvoorbeeld veel leren van de tentakels van inktvissen: hun brein zit gedeeltelijk in deze armen en ze kunnen snel op de juiste plaatsen extra kracht uitoefenen op basis van wat ze voelen. Kunnen we op deze manier intelligente materialen maken, zachte robotarmen, dan voorkomen we dat onnatuurlijke en zware constructies nodig zijn, zoals externe skeletten. Of neem onze eigen huid als voorbeeld voor nieuwe materialen: in hoge mate in staat om zich aan de omstandigheden aan te passen. 

Leren van het leven

De eerste voorbeelden van materialen die reageren en zich aanpassen, responsieve en adaptieve materialen, beschrijven de auteurs al. Het in één materiaal verenigen van alle eigenschappen, door bijvoorbeeld nanoschaal elementen in te bouwen, is een grote uitdaging die soms ook nog eens tegengestelde eisen stelt. Toch liggen er toepassingen in het verschiet die bijvoorbeeld een heel nieuwe benadering van artificial intelligence gaan betekenen. En: omdat deze materialen in hoge mate bio-geïnspireerd en bio-compatibel zijn, leren we ook veel over onszelf.

De Nature-publicatie is het resultaat van de samenwerking ‘Intelligent Matter: from responsive to adaptive nanosystems’. Dit is een ‘Collaborative Research Centre’ waarvoor de Duitse overheid 10 miljoen euro heeft uitgetrokken. UT-hoogleraar Wilfred van der Wiel is ook hoogleraar in Münster en is op die manier betrokken bij het project.

‘The rise of intelligent matter’, door Corinna Kaspar, Bart-Jan Ravoo, Wilfred van der Wiel, Seraphine Wegner en Wolfram Pernice, verschijnt in Nature van 17 juni 2021.

ir. W.R. van der Veen (Wiebe)
Persvoorlichter (aanwezig ma-vr)
+31 53 489 4244 | +31 6 12185692
 w.r.vanderveen@utwente.nl
Gebouw: Spiegel Tuin