Ученые выявили необычные свойства у различных материалов, которые могут сохранять информацию о прошлом, что открывает новые горизонты в материалах для исследований.

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

Материалы часто сохраняют воспоминания с помощью процесса, известного как память обратной точки, когда переменные силы оставляют отпечаток, который можно прочитать или стереть. Эта концепция аналогична комбинационному замку, где поворот циферблата определённым образом решает, откроется он или нет. Натан Кейм, доцент Пенсильванского университета и автор исследования, опубликованного в журнале Science Advances, пояснил, что этот математический принцип применим ко многим системам, от компьютерных жёстких дисков до скальных образований.

Однако раньше считалось, что память с обратной точкой требует приложения сил в обоих направлениях — тянущих и толкающих. Команда Кейма обнаружила исключение: некоторые материалы могут сохранять последовательность действий, даже если сила прикладывается только в одном направлении, как, например, мост, который проседает под весом транспорта, но не поднимается при выезде автомобилей. Для изучения этого вопроса 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, подталкивая друг друга к изменениям, либо фрустрируют друг друга, сопротивляясь этим изменениям. Команда обнаружила, что расстроенные гистероны, подобные частям 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 в разработке искусственных систем с памятью, особенно механических систем, не зависимых от электричества. Кейм отметил, что такие материалы могут подтверждать последовательность прошлых событий, что поможет в криминалистическом анализе или диагностике. Например, материал, который отслеживает свою самую большую и самую последнюю деформацию, может быть использован для выявления 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.