具稳定记忆的可编程机械超材料问世
2021-04-21 科技日报

  何为材料界的革命?可编程的超材料应算其中。据英国《自然》期刊在线版日前发表的一项研究,瑞士科学家团队研发一种可以写入、存储并读取以机械形式编码数据的技术。正如硬盘给计算机系统带来的革命性巨变,这种机械式编码超材料将能让柔性机器人、工程材料进入全新的发展阶段,并将广泛助力于需要远程调制设备结构参数的领域。

  数字存储系统是计算机不可或缺的部分。我们熟悉的硬盘,就可用来写入和读取存储于磁极中的数据,而磁元是硬盘的基单元,通过机电读写头更改磁元的值就能写入新数据;反过来也可以读取磁元的值。在这样的系统中,数据可以轻易地存储却又不会轻易的丧失,哪怕装置几年不通电,也不会丢失数据。

  现在,瑞士洛桑联邦理工学院机械工程学院的研究人员,依据此原理研发了一种机械式编码的装置,不过位元不是磁介质,而是一种执行离合动作的非稳态薄壳,通过极快速改变弯曲状态,由一种稳态切换至另一稳态;同时,按二维阵列排列的机械位元能调整装置的整体结构参数。

  简单来说,此次开发的是一种由机械式位元组成的新装置,类似计算机硬盘里的磁位元,但其不但可以轻易写入、长久存储并随时读取以机械形式编码的数据,而且编码所含信息可以用来调整装置结构参数。

  这是超材料领域的实用范例,一直以来,用超材料存储和提取非易失性数据的目标都是“难以捉摸”的状态。而此次成果为超材料工具集带来了值得关注的扩展,对于广大需要在运行中控制系统刚性和能量密度的工程应用具备重要应用潜力,同时,这一成果将能给超低功耗主动式超材料带来新的设计方案。在下一步研究中,团队将会让该系统的36个位元转化为3D结构并加以微型化以及规模化。

  《自然》文章评价称,该成果作为超材料远程可编程装置的早期实例,为未来直接处理数据、执行计算和学习的材料打开了一扇大门。

  总编辑圈点

  超材料,是一种自然界中并不存在的材料。人类对材料的几何结构进行重新设计,赋予它们一些奇异的甚至超出想象的反常特质。它们的应用,能给信息技术、航空航天、能源等众多领域带来改变,并催生出新的产业。文中提到的超材料是一种可编程的材料。所谓可编程,就是遵循一套规则,通过改变“输入”,就能改变“输出”。超材料的功能可以根据需要重新编程,听起来更加“脑洞大开”。这还是一项比较早期的成果,但为接下来更多的奇思妙想开启了通路。

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