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無需計算機就能執行計算任務！研究人員設計出會“思考”的新材料

文章來源：賢集網更新時間：2022-08-25 14:46:25

有人拍了拍你的肩膀，皮膚中組織有序的觸覺感受器會向大腦發送信息，大腦會處理信息并引導您向左看，朝敲擊的方向看。現在，賓夕法尼亞州立大學和美國空軍的研究人員已經利用這種機械信息處理并將其集成到“思考”的工程材料中。

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：Charles El Helou/賓夕法尼亞州立大學

發表在《自然》雜志上的這項工作取決于一種新穎的、可重新配置的集成電路替代方案。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，它們運行所有類型的現代電子產品，包括電話、汽車和機器人。集成電路是科學家實現的類似于大腦在人體中的作用的信息處理. 根據賓夕法尼亞州立大學機械工程系首席研究員 Ryan Harne 和 James F. Will 職業發展副教授的說法，集成電路是信號和信息的可擴展計算所需的核心組成部分。

他的團隊的發現揭示了我們周圍幾乎所有材料都可以像集成電路一樣發揮作用：能夠“思考”周圍發生的事情。

“我們創造了第一個工程材料的例子，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些信號，”Harne 說：“這種柔軟的聚合物材料就像一個大腦，可以接收數字信息串，然后進行處理，從而產生可以控制反應的新數字信息序列。”

柔軟的導電機械材料包含可重構電路，可以實現組合邏輯：當材料接收到外部刺激時，它將輸入轉換為電信息，然后經過處理以產生輸出信號。正如 Harne 和他的團隊所展示的那樣，這種材料可以使用機械力來計算復雜的算術，或者檢測無線電頻率以傳達特定的光信號，以及其他潛在的翻譯示例。哈恩說，可能性是廣泛的，因為集成電路可以通過編程來做很多事情。

“我們發現了如何在機電網絡中使用數學和運動學——系統的各個組成部分如何移動，”哈恩說：“這使我們能夠通過促進軟材料系統固有的完全可擴展的信息處理來實現工程材料中一種基本的智能形式。”

由導電和非導電橡膠材料制成的機械集成電路材料可以感知力并對其施加的力作出反應。圖片來源：Charles El Helou/賓夕法尼亞州立大學

根據 Harne 的說法，這種材料使用與人類相似的“思考”過程，并在自主搜索和救援系統、基礎設施維修甚至可以識別、隔離和中和空氣傳播病原體的生物混合材料中具有潛在應用。

“讓人類變得聰明的是我們觀察和思考我們通過感官接收到的信息的方式，反映這些信息與我們如何反應之間的關系，”哈恩說。

雖然我們的反應似乎是自動的，但這個過程需要身體中的神經將感覺信息數字化，以便電信號可以傳播到大腦。大腦接收到這個信息序列，對其進行評估并告訴身體做出相應的反應。

Harne 指出，對于以類似方式處理和思考信息的材料，它們必須執行相同的復雜內部計算。當研究人員將他們的工程材料置于機械信息（使材料變形的作用力）下時，它會將信息數字化為信號，其電網可以推進和評估。

該過程建立在該團隊之前開發一種柔軟的機械超材料的工作基礎上，該材料可以“思考”如何將力施加到它上并通過程序化反應做出反應，去年的《自然通訊》中有詳細介紹。根據 Harne 的說法，這種早期材料僅限于對二進制輸入輸出信號進行操作的邏輯門，并且無法計算對集成電路至關重要的高級邏輯操作。

該論文的其他作者包括賓夕法尼亞州立大學機械工程博士生 Charles El Helou，以及美國空軍研究實驗室的 Benjamin Grossman、Christopher E. Tabor 和 Philip R. Buskohl。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_515311.html
來源：賢集網
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