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无需计算机就能执行计算任务！研究人员设计出会“思考”的新材料

文章来源：贤集网更新时间：2022-08-25 14:46:25

有人拍了拍你的肩膀，皮肤中组织有序的触觉感受器会向大脑发送信息，大脑会处理信息并引导您向左看，朝敲击的方向看。现在，宾夕法尼亚州立大学和美国空军的研究人员已经利用这种机械信息处理并将其集成到“思考”的工程材料中。

机械集成电路材料可以像计算机一样执行计算任务，而无需计算机。在这里，示例材料执行算术，比较数字，并将数字信息转换为 LED 显示形式。图片来源：Charles El Helou/宾夕法尼亚州立大学

发表在《自然》杂志上的这项工作取决于一种新颖的、可重新配置的集成电路替代方案。集成电路通常由封装在单一半导体材料（通常是硅）上的多个电子元件组成，它们运行所有类型的现代电子产品，包括电话、汽车和机器人。集成电路是科学家实现的类似于大脑在人体中的作用的信息处理. 根据宾夕法尼亚州立大学机械工程系首席研究员 Ryan Harne 和 James F. Will 职业发展副教授的说法，集成电路是信号和信息的可扩展计算所需的核心组成部分。

他的团队的发现揭示了我们周围几乎所有材料都可以像集成电路一样发挥作用：能够“思考”周围发生的事情。

“我们创造了第一个工程材料的例子，它可以同时感知、思考和作用于机械应力，而不需要额外的电路来处理这些信号，”Harne 说：“这种柔软的聚合物材料就像一个大脑，可以接收数字信息串，然后进行处理，从而产生可以控制反应的新数字信息序列。”

柔软的导电机械材料包含可重构电路，可以实现组合逻辑：当材料接收到外部刺激时，它将输入转换为电信息，然后经过处理以产生输出信号。正如 Harne 和他的团队所展示的那样，这种材料可以使用机械力来计算复杂的算术，或者检测无线电频率以传达特定的光信号，以及其他潜在的翻译示例。哈恩说，可能性是广泛的，因为集成电路可以通过编程来做很多事情。

“我们发现了如何在机电网络中使用数学和运动学——系统的各个组成部分如何移动，”哈恩说：“这使我们能够通过促进软材料系统固有的完全可扩展的信息处理来实现工程材料中一种基本的智能形式。”

由导电和非导电橡胶材料制成的机械集成电路材料可以感知力并对其施加的力作出反应。图片来源：Charles El Helou/宾夕法尼亚州立大学

根据 Harne 的说法，这种材料使用与人类相似的“思考”过程，并在自主搜索和救援系统、基础设施维修甚至可以识别、隔离和中和空气传播病原体的生物混合材料中具有潜在应用。

“让人类变得聪明的是我们观察和思考我们通过感官接收到的信息的方式，反映这些信息与我们如何反应之间的关系，”哈恩说。

虽然我们的反应似乎是自动的，但这个过程需要身体中的神经将感觉信息数字化，以便电信号可以传播到大脑。大脑接收到这个信息序列，对其进行评估并告诉身体做出相应的反应。

Harne 指出，对于以类似方式处理和思考信息的材料，它们必须执行相同的复杂内部计算。当研究人员将他们的工程材料置于机械信息（使材料变形的作用力）下时，它会将信息数字化为信号，其电网可以推进和评估。

该过程建立在该团队之前开发一种柔软的机械超材料的工作基础上，该材料可以“思考”如何将力施加到它上并通过程序化反应做出反应，去年的《自然通讯》中有详细介绍。根据 Harne 的说法，这种早期材料仅限于对二进制输入输出信号进行操作的逻辑门，并且无法计算对集成电路至关重要的高级逻辑操作。

该论文的其他作者包括宾夕法尼亚州立大学机械工程博士生 Charles El Helou，以及美国空军研究实验室的 Benjamin Grossman、Christopher E. Tabor 和 Philip R. Buskohl。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_515311.html
来源：贤集网
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