Uskomatonta! Suomessa onnistuttiin opettamaan geeliä kuin Pavlovin koiraa
Pelkkä materiaali kykenee oppimaan! Täysin uskomattomalta kuulostava asia todistettiin todeksi Suomessa, kun kahden yliopiston tutkijat toivat psykologian behaviorismin konseptit materiaalitieteeseen.
Ivan Pavlovin kuuluisassa psykologian kokeessa koira saatiin erittämään sylkeä kelloa soittamalla. Nyt Aalto-yliopiston (kuvassa) ja Tampereen yliopiston materiaalitutkijat ovat tehneet Pavlovin innoittamana materiaalin, joka oppii reagoimaan uuteen ärsykkeeseen.
Alla olevassa kuvassa havainnollistetaan, että jos geeliä (harmaat viivat) valaistaan sulattamisen aikana sinisellä ja punaisella valolla, nanopartikkelit (keltaiset pallot) takertuvat yhteen ja muodostavat pieniä ketjuja. Geeli alkaa sulaa ilman lämmittämistä, pelkkien värivalojen vaikutuksesta.
Tutkimuksessa merileväuutetta, vettä ja kultananopartikkeleita sisältävä kiinteä geeli saatiin sulamaan juoksevaksi värivalojen avulla, ilman suoraa lämmitystä.
– Tämä on täysin uutta, sillä kukaan muu ei valmista materiaaleja Pavlovin teoria mielessään. Meitä kiinnosti kokeilla, miten ehdollistuminen voisi toimia materiaalitieteessä, sanoo tutkijatohtori Hang Zhang Aalto-yliopistosta.
Pavlov koulutti koiraa soittamalla kelloa joka kerta sitä ruokkiessaan. Koira oppi ensin yhdistämään kellonsoiton ruokaan ja sitten kuolaamaan heti kellonsoiton kuullessaan – vaikkei haistanut tai nähnyt syötävää.
Tutkimusryhmän kehittämä geeli noudattaa samaa logiikkaa, mutta ruokaa vastaa lämmittäminen ja kelloa värillinen valo. Jos geeliä valaistaan punaisella ja sinisellä valolla, ei tapahdu mitään. Jos geeli sulatetaan, annetaan sen 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 kultananopartikkeleissa
Geelin ehdollistuminen on 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.
– Nyt tiedämme, että materiaali voidaan ehdollistaa reagoimaan uusiin ulkoisiin ärsykkeisiin, kun materiaalissa on muisti, johon voidaan vaikuttaa. Uskomme, että ehdollistaminen voidaan toteuttaa muillakin tavoilla käyttämällä eri materiaaleja, ja näin voimme saada erilaisia uusia ominaisuuksia, Zhang lisää.
Tutkimusryhmässä olivat Zhangin lisäksi Aalto-yliopiston professori Olli Ikkala, sekä tutkijatohtori Hao Zeng ja professori Arri Priimägi Tampereen yliopistosta. Tutkimus toteutettiin Suomen Akatemian Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkauksen huippuyksikössä (HYBER), yhteistyössä Tampereen yliopiston tutkijoiden kanssa. Hanke on rahoitettu Euroopan tiedeneuvoston (European Research Council) hankkeista DRIVEN ja PHOTOTUNES.
Tutkimustuloksista kerrotaan mm. Nature Communications –lehdessä.
STT
Kaaviokuva: Aalto-yliopisto
Kuva Aalto-yliopistosta: Wikimedia Commons
Voita 1000€ lahjakortti ruokakauppaan!
- Vastaa muutamaan nopeaan kysymykseen.
- Osallistu arvontaan.
- Voit voittaa 1000€ lahjakortin ruokakauppaan!
- Mitä tapahtui Meghan Marklen sormukselle?
- Johanna Tukiaiselta jättipaljastus
- Seiska: Maisa Torppa harkitsee rikosilmoitusta
- Sofia Belórfin paljastus tulevasta: ”Omg”
- Tältä näyttää prinssi Harryn Amerikan-koti
- Chachi Hildén avautuu rankasta elämästään – ”En ole koskaan puhunut tästä julkisesti”
- Ex-ystävien Maisa Torpan ja Sahra Alin jäätävä kohtaaminen – katso video!
- Elina Gustafssonista eronnut Ansku rikkoi vihdoin hiljaisuuden
- Oho! Sahra Ali seurustelee Maisa Torpan ex-miehen kanssa
- Elina Gustafssonilta rankka avautuminen erostaan: ”Todella asiatonta, loukkaavaa ja väärin”
- Sofia Belórfin paljastus tulevasta: ”Omg”
- Chachi Hildén avautuu rankasta elämästään – ”En ole koskaan puhunut tästä julkisesti”
- Seiska: Maisa Torppa harkitsee rikosilmoitusta
- Elina Gustafssonista eronnut Ansku rikkoi vihdoin hiljaisuuden
- Tältä näyttää prinssi Harryn Amerikan-koti
- Ex-ystävien Maisa Torpan ja Sahra Alin jäätävä kohtaaminen – katso video!
- Oho! Sahra Ali seurustelee Maisa Torpan ex-miehen kanssa
- Johanna Tukiaiselta jättipaljastus
- Vasta eronnut Elina Gustafsson avautuu: ”Mun on pakko paljastaa yks juttu…”
- Elina Gustafssonilta rankka avautuminen erostaan: ”Todella asiatonta, loukkaavaa ja väärin”