Het ideaal ligt in de armen van een octopus

Nu intelligente machines hun grenzen hebben bereikt, werken mensen aan slimme materialen.

Denk aan kunsthuid, die niet alleen goede mechanische eigenschappen heeft voor wondsluiting, maar ook de temperatuur en vochtbalans kan reguleren. Of kleding die het lichaam verwarmt of verkoelt, afhankelijk van het weer. Dit zijn de mogelijke toepassingen van slimme materialen en met AI uitgeruste materialen

De wetenschap van slimme materialen is nog een nieuw veld. Professor Twente-Wilfried van der Wiel, een van de toonaangevende onderzoekers in het veld, en enkele collega’s uit Münster, hebben deze week gepubliceerd in een vakblad. natuur een Samenvatting Van resultaten tot nu en toekomstperspectieven. Het is een brede visie: slimme materialen strekken zich uit van zachte robotica tot informatica en nanotechnologie, dat is het expertisegebied van Van der Wiel.

Veel bruikbare systemen zijn opgebouwd uit onderdelen met verschillende functies en vaak van verschillende materialen. Het is hiermee een heel eind gekomen, maar heeft ook te maken gehad met beperkingen, bijvoorbeeld in rekenkracht en snelheid. Van der Wiel: “Machines zoals de huidige computers hebben de grenzen van hun mogelijkheden bereikt. Met deze traditionele architectuur worden ze geconfronteerd met fysieke beperkingen, bijvoorbeeld in energieverbruik, wat een serieus probleem wordt. Als we intelligentie in het materiaal zelf kunnen inbouwen, zal leiden tot een aanzienlijke toename van de rekenkracht en een aanzienlijk lager energieverbruik.”

De overgang van een uit onderdelen opgebouwde computer naar een berekenbaar materiaal is even groot als de stap van de radiobuis naar de transistor. Je bereikt een heel ander niveau. De onderzoeksgroep Van der Wiel van Brains – het centrum voor hersengeïnspireerde nanosystemen – gaf vorig jaar een voorbeeld met een rooster van booratomen in silicium. Een netwerk op atomair niveau, “waarin we een kleine spanning kunnen aanleggen en stromen kunnen meten”, zegt de hoogleraar in Twente. Het microgrid kan worden gebruikt voor kunstmatige intelligentie. Hij kan patronen leren herkennen, zoals deze letters.

zelfgenezing

Van der Wiel: “Makers van slimme materialen worden door de natuur geïnspireerd om gewenste eigenschappen in materialen in te bouwen. Het voordeel is bijvoorbeeld dat slimme materialen zuiniger zijn dan de machines die we nu hebben. Of denk aan onderhoud: nu moeten we monitoren de materialen die we maken om te voorkomen dat ze afbreken. “Het zou goed zijn als het materiaal zelfgenezend was.”

Dit zijn technische doelen, zegt Van der Wael. Er is ook de wetenschappelijke fascinatie: “We willen het begrijpen. De wetenschappelijke verkenning van de mens begon met de club: wat kun je ermee? Nu denken we na over hoe we intelligente eigenschappen in materialen kunnen bouwen.”

Van der Weel en collega’s hebben veel steun gekregen voor dit wetenschappelijk onderzoek. Niet in Nederland, maar in Duitsland. Hij studeert niet alleen aan de Universiteit Twente, maar ook aan de Universiteit van Münster over de grens. De twee universiteiten richten een gezamenlijk onderzoekscentrum op voor slimme materialen. Hiervoor is de komende vier jaar € 10 miljoen beschikbaar gesteld door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), de onderzoeksfinancier van de Duitse overheid, met de mogelijkheid van financiering voor nog eens acht jaar.

leervermogen

Van der Weel voorspelt dat het onderzoeksprogramma binnen zes jaar materialen ontwikkelt die je echt slim kunt noemen. Er is geen algemeen aanvaarde definitie van intelligentie, maar in deze wetenschap wordt een onderwerp intelligentie genoemd als het informatie kan opnemen, voor een lange tijd kan opslaan en die kennis kan gebruiken om zich aan te passen aan een veranderende omgeving.

Geavanceerde materialen zijn niet ver weg. Er zijn materialen die kunnen interageren met de omgeving of zich kunnen aanpassen, maar dit zijn slechts de eerste stappen naar echte materiaalintelligentie.

Op dit moment kunnen de makers van slimme materialen alleen maar jaloers kijken naar wat de natuur heeft voortgebracht, bijvoorbeeld in de vorm van de hersenen. We proberen de eigenschappen ervan te omarmen, zegt Van der Wel: “De grote kracht van de hersenen is het vermogen om veel dingen tegelijkertijd te doen. Neuronen hebben duizenden verbindingen met elkaar, die veel wiskunde kunnen doen op tegelijkertijd. Er is geen machine. De computer kan dat nu doen.”

En de hersenen kunnen dit met heel weinig energie: “De hersenen hebben deze efficiëntie mede te danken aan een structuur waarin informatie op dezelfde plaats wordt verwerkt en opgeslagen, dat wil zeggen bij synapsen, de verbindingen tussen neuronen. Een klassieke computer heeft een rekeneenheid en geheugen en moet altijd informatie uit het geheugen halen en weer opslaan. Dit kost energie en tijd.”

De derde eigenschap van de hersenen die wetenschappers willen introduceren in slimme materialen is plasticiteit. In de hersenen veranderen de verbindingen tussen neuronen voortdurend. Dat heeft hij te danken aan zijn vermogen om het te leren.

Van der Wiel: “Zelfs als we deze eigenschappen in materialen kunnen gebruiken, hebben we de cognitieve vermogens, het bewustzijn en de vrije wil van de mens nog niet bereikt. We zitten nog steeds op het laagste niveau van intelligentie. Net zoals we niet willen om zelfreflecterende wezens te creëren, hoeven we daar niet bang voor te zijn Dat zouden we niet eens kunnen doen. Maar het zou geweldig zijn om bijvoorbeeld implantaten te maken die meeleven met het lichaam, of materialen die de functies van de hersenen kunnen overnemen na het is beschadigd.”

Lees ook:

Een computer die werkt als ons brein gevoelens kent en kent

Het kan veranderen in een kwantumbrein, een computer die werkt zoals de rest van ons. Maar het verhaal begint met een paar atomen kobalt.