使用機械力執行復雜算術，會“思考”的新型工程材料創建
發布時間：2022/8/25 9:05:21編輯：Ma Liang
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機械集成電路材料可以像計算機一樣執行計算任務，而無需計算機。在這里，示例材料執行算術，比較數字，并將數字信息轉換為LED顯示形式。圖片來源：賓夕法尼亞州立大學
當我們被人輕拍肩膀時，皮膚中有組織的觸覺感受器會向大腦發送信息，大腦處理信息并引導我們看向輕拍的方向�，F在，美國賓夕法尼亞州立大學和美國空軍的研究人員將大腦這種機械信息的處理方式整合到工程材料中，創建了可以“思考”的柔性導電聚合物材料。相關研究24日發表在《自然》雜志上。
集成電路通常由封裝在單一半導體材料（通常是硅）上的多個電子元件組成，是現代電子產品的核心元件，類似于大腦在人體中的作用。根據研究人員的說法，集成電路是信號和信息可擴展計算所需的核心組件，但以前科學家從未在硅半導體以外的任何組件中實現過。
據首席研究員瑞安·哈恩介紹，他們創造了第一個可“思考”的工程材料，它可以同時感知、思考和作用于機械應力，而不需要額外的電路來處理這種信號。這種柔軟的聚合物材料的作用就像一個大腦，可接收數字信息串，然后進行處理，從而產生控制反應的新數字信息序列。
該導電機械材料包含可重新配置的電路，以實現組合邏輯：當材料收到外部刺激時，它將輸入轉換為電信息，然后進行處理以產生輸出信號。正如研究團隊展示的那樣，這種材料可使用機械力來完成復雜的算術，或者檢測無線電頻率來傳達特定的光信號，以及其他潛在的可轉換信號。
這種材料運行的過程與人類大腦類似，并在自主搜救系統、基礎設施維修，甚至在識別、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，它們必須執行同樣復雜的內部計算。當研究人員讓新工程材料受到機械信息（使材料變形的外力）時，它會將信息數字化為其電子網絡可推進和評估的信號。
研究人員正在改進這種材料，以使其能像處理物理信號一樣處理視覺信息，“我們目前正在將其轉化為一種‘觀看’的方式，以增強目前創造的‘觸摸’感。我們的目標是開發一種材料，通過看到標志、跟隨標志并避開不利的機械力（例如踩到它的東西），來展示其在環境中的自主導航。”
工程材料為什么會自己思考，聽起來很難想象。不過，科幻小說中倒是早有此情節：《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成的角色。而今的這項研究，其實是一種柔性超材料，團隊為其所創建的“思考與決策”功能，其實是為了讓它執行小型數字邏輯計算，使其可以在未來協助維護基礎設施，監測空氣和水體，或者幫助患者康復等。
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