研究人员已经成功训练出一种材料，它可以在不加热的情况下对初始中性刺激做出反应。他们的作品最近发表在《自然通讯》上，灵感来自行为心理学中条件反射的经典概念，更广为人知的是巴甫洛夫的狗实验。

为了探索经典条件反射是否可以在人工材料中实现，研究人员制作了一种基于琼脂糖的固体凝胶，琼脂糖是一种通常从海藻中提取的物质，并与水和修饰的金纳米粒子混合。当这种凝胶用红蓝光照射时，没有反应。融化的凝胶如果加热冷却，会再次凝固，然后亮红蓝光就够了，平平淡淡的发生。

但是，如果你用红色和蓝色的光照射凝胶，然后冷却回凝胶，凝胶会在你下次发出红色和蓝色的光时自动融化。因此，它“学习”应对新的刺激。

在伊凡巴甫洛夫著名的实验心理学经典调节实验中，处理简单的学习形式可以训练狗听到铃声就流口水。巴甫洛夫把狗训练成这样。每次他喂狗的时候，铃声都会响——狗把铃声和食物联系在一起，听到铃声就开始流口水。阿尔托大学和坦佩雷大学的团队开发的凝胶模拟了这一过程，加热与食物和时钟对应的彩色光。

通过使纳米粒子(黄色球体)形成链，在“固化”凝胶的同时，通过加热凝胶(灰色线条)来加热凝胶。图片来源：阿尔托大学

“从概念上讲，这是很新的，还没有人制作出能显示巴甫洛夫反应的材料。我们有兴趣将学习的基本概念引入人造材料。”博士后张博士(dr. zhang)开发了这个材料，是7月份一篇自然通讯论文的第一作者。作为分子材料研究小组和阿尔托HYBER卓越中心的成员，他致力于生物材料的研究。

除张航博士外，研究团队还包括来自坦佩雷大学的郝曾博士和arripriimgi教授以及来自阿尔托大学的Olli Ikkala教授。该项目得到了欧洲研究委员会(ERC)资助的两个项目PHOTOTUNE和DRIVEN的支持。

这种凝胶可以被训练，因为混合物中的金纳米粒子对周围环境的酸性很敏感。纳米粒子最初随机扩散到整个凝胶中。如果你融化凝胶，在没有光的情况下固化，它们会随机分布。然而，如果凝胶在受到蓝光和红光照射时熔化，纳米颗粒将粘在一起形成很少的链。这是由于光酸，凝胶中最后的“秘密”成分。

当有色光照射在它上面时，光酸使凝胶变得更酸性，当它发生在熔融的凝胶中时，它使纳米颗粒形成链。当你在含有金纳米粒子链的凝胶上发射蓝光和红光时，这些链将以单个纳米粒子的形式被加热，由于一种称为等离子体耦合的过程，这些纳米粒子本身并不存在。这形成了“可触发的光学存储器”。使用蓝光和红光加热链会导致凝胶自身熔化。

在未来，凝胶也可以“忘记”这种训练，与人类忘记学习的方式并行。诀窍是在制造过程中使用添加到凝胶中的化学物质(尿素和脲酶)的组合，它会慢慢释放氨来破坏纳米粒子链。训练后大约12小时，当用光照射时，材料不再熔化，从而失去记忆。

“就实际应用而言，要实现这样一个概念性的新项目，还有很长的路要走。”张医生笑了。“重要的是，我们可以使用外部刺激，以编程的方式调整人工材料，并以化学方式记住它们。我们预见，其他类型的学习材料可以设计出广泛的归纳特性，调整可以成为材料科学中的一个通用概念。”