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江南大學(xué)葛明橋團(tuán)隊(duì)《自然·通訊》:提出材料觸覺邏輯

作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-09 來源:互聯(lián)網(wǎng)

近日,江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院葛明橋團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊Nature Communications上發(fā)表了題目為“Materials tactile logic via innervated soft thermochromic elastomers”的學(xué)術(shù)論文(Nature Communications, 2019, 10, 1, 4187, IF:11.8)。傳統(tǒng)的機(jī)器依靠剛性的、集中的電子元件來進(jìn)行邏輯處理,這限制了機(jī)械的復(fù)雜性和可伸縮性。論文提出使用柔性材料本身作為決策者,為創(chuàng)造完全柔軟的機(jī)械設(shè)備提供了可能性,為研究完全柔軟且可以響應(yīng)相互作用、周邊環(huán)境的反饋回路嵌入式傳感器提供了理論依據(jù)。

自然界充滿了柔軟的功能性材料,但是迄今為止,幾乎沒有一種人造材料可以實(shí)現(xiàn)類似眼睛(自適應(yīng)光學(xué))、皮膚(多模態(tài)感知和自愈)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大腦(邏輯計(jì)算)這樣完全是由軟材料構(gòu)建的傳感器。自然界中也有許多完全軟的生物,例如,頭足類動(dòng)物可以改變顏色,它們的神經(jīng)系統(tǒng)能夠?qū)Ω杏X輸入并做出局部反應(yīng),而不需要大腦的集中處理。科學(xué)家們對(duì)利用柔性材料綜合模擬這些傳感功能很感興趣。制造的材料能夠應(yīng)用在軟機(jī)器人(用于人類輔助、修復(fù)和災(zāi)難響應(yīng))、人機(jī)界面、被動(dòng)顯示器、偽裝適應(yīng)性表面和電子皮膚等領(lǐng)域。

葛明橋教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)邏輯決策可以在材料層面完成,而不依賴半導(dǎo)體運(yùn)算。受到章魚手臂中分布式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā),團(tuán)隊(duì)展示了一個(gè)完全柔軟,可拉伸的有機(jī)硅復(fù)合材料。該有機(jī)硅復(fù)合體摻雜有熱致變色顏料并可以受液態(tài)金屬的支配,液態(tài)金屬的變形能力使焦耳熱發(fā)生幾何變化加熱,從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)的熱機(jī)械著色及感知觸覺和應(yīng)變。在更復(fù)雜的電路中,變形的液態(tài)金屬可以重新分配電能到遠(yuǎn)端部分,以一種觸覺“輸入”轉(zhuǎn)換成數(shù)字比色“輸出”的方式來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。

該論文**作者是江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院晉陽(yáng)助理研究員,通信作者為葛明橋教授和北卡羅來納州立大學(xué)Michael D. Dickey教授。

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