《PNAS》：水凝胶制成的人造大脑，竟然真的具有了记忆和遗忘功能
水凝胶中的动态键可在高温下快速吸水（膨胀），在低温下缓慢释水（收缩），实现了记忆、遗忘行为。
人脑有学习能力，当这些知识不再重要时，大脑会淡忘它们。然而，想要在人造材料中重现这种动态记忆过程是一个不小的挑战。
日本北海道大学的研究人员发现了一种水凝胶材料，能够根据记忆强度编码信息，同时这些信息会随着时间的推移消失。《美国国家科学院院刊》于7月27日发布了他们的研究结果。
水凝胶是一种柔性材料，含水量约45%，其他化学物质构成的支架状结构有容水作用。北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的Jian Ping Gong教授说：“水凝胶是模仿生物功能的绝佳候选材料，因为它们像人体组织一样柔软湿润。我们很高兴能发现类脑水凝胶。”
在这项研究中，研究人员在两块塑料板之间放置了一层薄薄的水凝胶；顶板上剪下了一个图案或字母，只留下水凝胶的那一部分暴露在外。首先，他们将凝胶放在冷水浴中以建立平衡。然后他们把凝胶移到热水浴中。凝胶的暴露部分吸水膨胀，将图案印在凝胶上。当凝胶被移回冷水浴中后，由于“结构受挫”效应，暴露区域变得不透明，存储信息变为可见。而在低温下，水凝胶逐渐收缩，释放出吸收的水，图案就慢慢褪色了。
研究人员发现，水凝胶在热水中停留的时间越长，印记就越深，褪色或“忘记”信息所需的时间就越长。研究小组还发现，更高的温度能够强化凝胶的“记忆”行为。
助理教授Kunpeng Cui说：“这和人类大脑很相似，你学习某件事花费的时间越长，或者情感刺激越强烈，忘记它所需要的时间就越长。”
研究人员表示，水凝胶中建立的记忆对于温度波动和大幅度物理拉伸是稳定的。更有趣的是，遗忘过程可以通过调节热学习时间或温度来编程。例如，当他们将不同的学习时间应用到“GEL”的每个字母上时，字母会依次消失。
Gong教授等使用的水凝胶含有聚电解质或PA凝胶。记忆-遗忘行为与水凝胶中的动态键快速吸水-缓慢失水效果有关。这种方法有望适用于各种含物理键的水凝胶。
Cui 补充说：“这种类似大脑记忆系统的水凝胶可以用于许多领域，比如制作安全学用到的自消失信息。”
原文链接：https://phys.org/news/2020-07-hydrogel-mimics-human-brain-ability.html