使用机械力执行复杂算术，会“思考”的新型工程材料创建
发布时间：2022/8/25 9:05:21编辑：Ma Liang
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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：宾夕法尼亚州立大学
当我们被人轻拍肩膀时，皮肤中有组织的触觉感受器会向大脑发送信息，大脑处理信息并引导我们看向轻拍的方向。现在，美国宾夕法尼亚州立大学和美国空军的研究人员将大脑这种机械信息的处理方式整合到工程材料中，创建了可以“思考”的柔性导电聚合物材料。相关研究24日发表在《自然》杂志上。
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，是现代电子产品的核心元件，类似于大脑在人体中的作用。根据研究人员的说法，集成电路是信号和信息可扩展计算所需的核心组件，但以前科学家从未在硅半导体以外的任何组件中实现过。
据首席研究员瑞安·哈恩介绍，他们创造了第一个可“思考”的工程材料，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种信号。这种柔软的聚合物材料的作用就像一个大脑，可接收数字信息串，然后进行处理，从而产生控制反应的新数字信息序列。
该导电机械材料包含可重新配置的电路，以实现组合逻辑：当材料收到外部刺激时，它将输入转换为电信息，然后进行处理以产生输出信号。正如研究团队展示的那样，这种材料可使用机械力来完成复杂的算术，或者检测无线电频率来传达特定的光信号，以及其他潜在的可转换信号。
这种材料运行的过程与人类大脑类似，并在自主搜救系统、基础设施维修，甚至在识别、分离以及中和空气传播病原体的生物混合材料中具有潜在的应用。
为了让材料以类似大脑的方式处理和思考信息，它们必须执行同样复杂的内部计算。当研究人员让新工程材料受到机械信息（使材料变形的外力）时，它会将信息数字化为其电子网络可推进和评估的信号。
研究人员正在改进这种材料，以使其能像处理物理信号一样处理视觉信息，“我们目前正在将其转化为一种‘观看’的方式，以增强目前创造的‘触摸’感。我们的目标是开发一种材料，通过看到标志、跟随标志并避开不利的机械力（例如踩到它的东西），来展示其在环境中的自主导航。”
工程材料为什么会自己思考，听起来很难想象。不过，科幻小说中倒是早有此情节：《太空堡垒卡拉狄加》中的赛昂人，就是由生物材料和工程材料构成的角色。而今的这项研究，其实是一种柔性超材料，团队为其所创建的“思考与决策”功能，其实是为了让它执行小型数字逻辑计算，使其可以在未来协助维护基础设施，监测空气和水体，或者帮助患者康复等。
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