化学网络可以模仿神经系统,为软材料的运动提供动力

如果一种软材料可以自行移动,不是由电子设备或电机引导,而是由为最简单的生物体提供动力的基本化学信号引导,结果会怎样?匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员对此进行了建模——一个合成系统,可以直接将化学反应转化为机械运动,而不需要我们体内存在的复杂生化机械。

来源:英国物理学家网首页
图片来源:Oleg E. Shklyaev

如果一种软材料可以自行移动,不是由电子设备或电机引导,而是由为最简单的生物体提供动力的基本化学信号引导,结果会怎样?匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员对此进行了建模——一个合成系统,可以直接将化学反应转化为机械运动,而不需要我们体内存在的复杂生化机械。

就像水母一样,一些最简单的生物体没有中央大脑或神经系统。相反,它们有一个“神经网”,由分散的神经细胞组成,这些神经细胞通过活跃的连接点相互连接,发射和接收化学信号。即使没有中央“处理器”,化学信号也会自发地通过网络传播并触发生物体生存所需的自主运动。

神经系统 化学信号

在 PNAS Nexus 上发表的一项研究中,研究助理 Oleg E. Shklyaev 和化学与石油工程杰出教授兼 John A. Swanson 工程主席 Anna C. Balazs 开发了计算机模拟技术,设计了一种具有“神经网络”的软材料,该材料以模仿最早和最简单的生命系统如何协调运动的方式连接化学和机械网络。

已发布 PNAS Nexus, 软材质

“在生物体中,化学信号始终会触发运动,从心脏组织的跳动到植物向阳光弯曲,”巴拉兹说。 “我们问,可以在合成材料中重现这种行为的最简单的系统是什么?”

机械变形沿着珠子的圆形网络传播,显示为红、蓝、绿点。化学波(以洋红色显示)沿逆时针方向传播,并产生旋转流体涡流(以黑色箭头显示),使环变形。图片来源:Oleg E. Shklyaev

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