天天觀點(diǎn):使用機(jī)械力執(zhí)行復(fù)雜算術(shù) 會(huì)“思考”的新型工程材料創(chuàng)建
發(fā)布時(shí)間:2022-08-25 15:26:02
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使用機(jī)械力執(zhí)行復(fù)雜算術(shù)會(huì)“思考”的新型工程材料創(chuàng)建
(相關(guān)資料圖)
當(dāng)我們被人輕拍肩膀時(shí),皮膚中有組織的觸覺(jué)感受器會(huì)向大腦發(fā)送信息,大腦處理信息并引導(dǎo)我們看向輕拍的方向。現(xiàn)在,美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)和美國(guó)空軍的研究人員將大腦這種機(jī)械信息的處理方式整合到工程材料中,創(chuàng)建了可以“思考”的柔性導(dǎo)電聚合物材料。相關(guān)研究24日發(fā)表在《自然》雜志上。
集成電路通常由封裝在單一半導(dǎo)體材料(通常是硅)上的多個(gè)電子元件組成,是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心元件,類似于大腦在人體中的作用。根據(jù)研究人員的說(shuō)法,集成電路是信號(hào)和信息可擴(kuò)展計(jì)算所需的核心組件,但以前科學(xué)家從未在硅半導(dǎo)體以外的任何組件中實(shí)現(xiàn)過(guò)。
據(jù)首席研究員瑞安·哈恩介紹,他們創(chuàng)造了第一個(gè)可“思考”的工程材料,它可以同時(shí)感知、思考和作用于機(jī)械應(yīng)力,而不需要額外的電路來(lái)處理這種信號(hào)。這種柔軟的聚合物材料的作用就像一個(gè)大腦,可接收數(shù)字信息串,然后進(jìn)行處理,從而產(chǎn)生控制反應(yīng)的新數(shù)字信息序列。
該導(dǎo)電機(jī)械材料包含可重新配置的電路,以實(shí)現(xiàn)組合邏輯:當(dāng)材料受到外部刺激時(shí),它將輸入轉(zhuǎn)換為電信息,然后進(jìn)行處理以產(chǎn)生輸出信號(hào)。正如研究團(tuán)隊(duì)展示的那樣,這種材料可使用機(jī)械力來(lái)完成復(fù)雜的算術(shù),或者檢測(cè)無(wú)線電頻率來(lái)傳達(dá)特定的光信號(hào),以及其他潛在的可轉(zhuǎn)換信號(hào)。
這種材料運(yùn)行的過(guò)程與人類大腦類似,并在自主搜救系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施維修,甚至在識(shí)別、分離以及中和空氣傳播病原體的生物混合材料中具有潛在的應(yīng)用。
為了讓材料以類似大腦的方式處理和思考信息,它們必須執(zhí)行同樣復(fù)雜的內(nèi)部計(jì)算。當(dāng)研究人員讓新工程材料受到機(jī)械信息(使材料變形的外力)時(shí),它會(huì)將信息數(shù)字化為其電子網(wǎng)絡(luò)可推進(jìn)和評(píng)估的信號(hào)。
研究人員正在改進(jìn)這種材料,以使其能像處理物理信號(hào)一樣處理視覺(jué)信息,“我們目前正在將其轉(zhuǎn)化為一種‘觀看’的方式,以增強(qiáng)目前創(chuàng)造的‘觸摸’感。我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種材料,通過(guò)看到標(biāo)志、跟隨標(biāo)志并避開(kāi)不利的機(jī)械力(例如踩到它的東西),來(lái)展示其在環(huán)境中的自主導(dǎo)航。”
【總編輯圈點(diǎn)】
工程材料為什么會(huì)自己思考,聽(tīng)起來(lái)很難想象。不過(guò),科幻小說(shuō)中倒是早有此情節(jié):《太空堡壘卡拉狄加》中的賽昂人,就是由生物材料和工程材料構(gòu)成的角色。而今的這項(xiàng)研究,其實(shí)是一種柔性超材料,團(tuán)隊(duì)為其所創(chuàng)建的“思考與決策”功能,其實(shí)是為了讓它執(zhí)行小型數(shù)字邏輯計(jì)算,使其可以在未來(lái)協(xié)助維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施,監(jiān)測(cè)空氣和水體,或者幫助患者康復(fù)等。