Οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν εξελιχθεί στο να αντεπεξέρχονται στις αλλαγές του περιβάλλοντος, αναπτύσσοντας μηχανισμούς που τους προστατεύουν από μεταβολές στη θερμοκρασία, την πίεση, το pH, το φως ή και την παρουσία άλλων συμβιωτικών οργανισμών. Για πολύ καιρό οι επιστήμονες προσπαθούν να εφεύρουν υλικά που να μιμούνται αυτές τις συμπεριφορές, και πλέον στο Harvard υποστηρίζουν ότι ανέπτυξαν μια μέθοδο με την οποία τα υλικά προσαρμόζονται από μόνα τους σε μεταβολές του περιβάλλοντος αλλάζοντας τη χημική τους σύσταση ανάλογα με τις περιστάσεις.
Τα φυσικά οργανικά υλικά, όπως αυτά που συνθέτουν το ανθρώπινο δέρμα είναι πολύ πιο δυναμικά και πολύπλοκα από τα καθιερωμένα συνθετικά υλικά. Ακόμη κι έξυπνα υλικά, όπως γυαλιά ηλίου που σκοτεινιάζουν στην ηλιοφάνεια, ή οι μαγνήτες μιας ηλεκτρικής κιθάρας που μετατρέπουν την πίεση από τις δονήσεις των χορδών σε ηλεκτρικό σήμα, τυπικά αντιδρούν σε μία πολύ συγκεκριμένη μεταβολή στο περιβάλλον τους και δεν μπορούν να ρυθμιστούν αυτόματα. Τα υλικά που αντιδρούν στις μεταβολές του περιβάλλοντός τους και λειτουργούν έτσι ώστε οι χημικές μεταβολές στο εσωτερικό τους να ρυθμίζονται αυτόματα, προσομοιώνοντας τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι βιολογικοί μηχανισμοί ονομάζονται SMARTS και η νέα έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, υποστηρίζει πως οι ερευνητές του Harvard βελτίωσαν θεαματικά τη λειτουργία τους, κάνοντάς τα ακόμη πιο έξυπνα.
Μέσα στο υλικό SMARTS, βρίσκονται στρώματα από χημικά «θρεπτικά συστατικά» τα οποία απελευθερώνονται ανάλογα με την περίσταση. «Θυμίζει λίγο το πώς ανατριχιάζουμε με το κρύο», εξηγεί η Joanna Aizenberg, επικεφαλής της σχολής μηχανικής και εφαρμοσμένων επιστημών στο Harvard. «Όταν έχει κρύο, μικροσκοπικοί μύες στη βάση κάθε τρίχας προκαλούν την ανόρθωση της, για να δημιουργήσει ένα προστατευτικό μονωτικό στρώμα. Καθώς ο μυς ζεσταίνεται, οι τρίχες επιστρέφουν πίσω στη θέση τους. Τα SMARTS λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο». Για να προσομοιάσει αυτή τη λειτουργία, η ομάδα κατασκεύασε μια επιφάνεια από πολύ μικρές ίνες, πάνω σε ένα στρώμα από ένα ειδικό υλικό, σε μορφή τζελ. Το τζελ αυτό, όμοια με τη λειτουργία των μυών, συστέλλεται ή διαστέλλεται ανάλογα με τη θερμοκρασία και οι ίνες στην επιφάνειά του ανταποκρίνονται όπως και οι ανθρώπινες τρίχες.
«Σχεδιάζοντας κύκλους ανάδρασης κι ενσωματώνοντάς τους στο SMARTS πετύχαμε το στόχο», λέει ο Ximin He, ένας από τους ερευνητές του προγράμματος. «Σε ένα μεγάλο πλήθος διεγέρσεων, σχεδιάζουμε το SMARTS ώστε να αισθάνεται κατευθείαν τη μεταβολή και να αλλάζει τη συμπεριφορά του, δίχως την παρεμβολή πολύπλοκων συσκευών ή τη χρήση ηλεκτρικού ρεύματος, δίνοντας μας τη δυνατότητα να κατασκευάσουμε μια αξιόπιστη πλατφόρμα μεγάλης ακρίβειας στα μέτρα που θέλουμε», συνεχίζει.
Οποιαδήποτε διέγερση από το εξωτερικό περιβάλλον, μπορεί να μετατραπεί σε χημικό σήμα στο εσωτερικό του τζελ που κατασκεύασαν. Ο φωτισμός, η θερμότητα, η πίεση, προκαλούν συγκεκριμένες αντιδράσεις οι οποίες, αν σχεδιαστούν σωστά, πυροδοτούν τη συμπεριφορά που χρειαζόμαστε από το υλικό. «Βρήκαμε ένα νέο τρόπο να σκεφτόμαστε τα υλικά αλλά και στο να εξετάσουμε μερικές ουσιώδεις ερωτήσεις για τη δυνατότητα των οργανικών υλικών να διατηρούνται σε κατάσταση ισορροπίας», προσθέτει η Aisenberg.
Η πρόοδος αυτή αναμένεται να οδηγήσει σε πιο έξυπνα και αποδοτικά ιατρικά υλικά ή ακόμη και υλικά που θα χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των κτιρίων και θα ανταποκρίνονται στον καιρό. Επίσης, οι ερευνητές ευελπιστούν πως θα βρεθούν εφαρμογές και σε πολλούς άλλους κλάδους, όπως η οδοντιατρική, οι υπολογιστές ή η ρομποτική.
