Suomessa käynnissä erikoinen kokeilu: Tutkijat keksivät, miten elotonta materiaalia pystyy kouluttamaan – inspiraationa Pavlovin koirakokeet

Psykologian behaviorismista tutut menetelmät tunkeutuvat mielenkiintoisella tavalla materiaalitieteeseen Aalto-yliopistossa ja Tampereen yliopistossa tehdyssä tutkimuksessa.

Tutkijat onnistuivat manipuloimaan geeliseoksen reaktiota samantyyppisellä menetelmällä kuin kuuluisassa Ivan Pavlovin koirakokeessa: Pavlov koulutti koiraa soittamalla kelloa joka kerta sitä ruokkiessaan.

Koira oppi ensin yhdistämään kellonsoiton ruokaan. Lopulta koira alkoi kuolata heti pelkän kellonsoiton kuullessaan – vaikkei se siis haistanut tai nähnyt syötävää.

Innovatiivinen materiaali, joka oppii

Aalto-yliopiston ja Tampereen yliopiston tutkijoiden kehittämä geeli opetetaan sulamaan ehdollistamalla pelkän valon avulla.

Materiaali, joka oppi reagoimaan ärsykkeeseen

Materiaalitutkijat ovat tehneet Pavlovin innoittamana materiaalin, joka oppii reagoimaan uuteen ärsykkeeseen.

Tutkimusryhmä kehitti merileväuutteesta, vedestä ja kultananopartikkeleista sisältävän kiinteän geelin. Tavoitteena oli saada tavallisesti lämmöstä sulava geeli sulamaan pelkän valon avulla.

Toteutus on sangen innovatiivinen: Jos kyseistä geeliä valaistaan punaisella ja sinisellä valolla, ei tapahdu mitään. Jos geeli sulatetaan, sen annetaan kovettua ja sitä valaistaan sen jälkeen punaisella ja sinisellä valolla, ei vieläkään tapahdu mitään.

Mutta jos geeliä valaistaan sulattamisen aikana punaisella ja sinisellä valolla, geeli alkaa spontaanisti sulaa ilman lämmittämistä, pelkkien värivalojen vaikutuksesta.

Salaisuus piilee kultananopartikkeleissa

Geelin ehdollistuminen on tutkijoiden mukaan erityisesti sen sisältäminen kultananopartikkeleiden ansiota.

Valmistusprosessissa kultananopartikkelit sekoittuvat geeliin summittaisesti. Jos geeli sulatetaan ja kovetetaan uudelleen ilman, että siihen suunnataan valoa tietyllä aallonpituudella, nanopartikkelit pysyttelevät geelissä edelleen summittaisesti sijoittuneina.

Mutta jos geeliä valaistaan sulattamisen aikana sopivalla sinisellä ja punaisella valolla, nanopartikkelit takertuvat yhteen ja muodostavat pieniä ketjuja.

Kun geelin kultananopartikkelit ovat järjestäytyneet ketjuihin ja geeliä valaistaan sinisen ja punaisen valon sekoituksella, ketjut lämpenevät eri tavoin kuin yksittäiset nanopartikkelit ja geeli oppii sulamaan itsestään tällä valotuksella. Kultananopartikkelit toimivat täten ikään kuin materiaalin muistina.

Tutkijat uskovat, että tämänkaltaisen ehdollistamisen avulla erilaisiin materiaaleihin voidaan saada uusia ominaisuuksia.